Effective Java 第三版——60. 需要精确的结果时避免使用float和double类型

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书中的源代码地址：https://github.com/jbloch/effective-java-3e-source-code

注意，书中的有些代码里方法是基于Java 9 API中的，所以JDK 最好下载 JDK 9以上的版本。

60. 需要精确的结果时避免使用float和double类型

float和double类型主要用于科学和工程计算。 它们执行二进制浮点运算，经过精心设计，可在很宽的范围内快速提供准确的近似值。 但是，它们不能提供准确的结果，不应在需要确切结果的地方使用。 float和double类型特别不适合进行货币计算，因为不可能将0.1(或任何其他10的负次方)精确地表示为float或double。

例如，假设你的口袋里有1.03美元，花了42美分。 你还剩多少钱？ 以下是试图回答这个问题的天真的代码片段：

System.out.println(1.03 - 0.42);

不幸的是，它输出了0.6100000000000001。这不是个例。假设你口袋里有一美元，你买了9垫圈，每个10美分。你还剩多少零钱?

System.out.println(1.00 - 9 * 0.10);

根据这个程序片段，可以得到0.0999999999999999998美元。

你可能认为，只需在打印之前将结果四舍五入就可以解决这个问题，但不幸的是，这种方法并不总是有效。例如，假设你口袋里有一美元，你看到一个货架上有一排好吃的糖果，它们的价格仅仅是10美分，20美分，30美分，以此类推，直到1美元。你每买一颗糖，从10美分的那颗开始，直到你买不起货架上的下一颗糖。你买了多少糖果，换了多少零钱?这里有一个简单的程序设计来解决这个问题:

// Broken - uses floating point for monetary calculation!
public static void main(String[] args) {
    double funds = 1.00;
    int itemsBought = 0;
    for (double price = 0.10; funds >= price; price += 0.10) {
        funds -= price;
        itemsBought++;
    }
    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Change: $" + funds);
}

如果你运行该程序，会发现你可以买三块糖果，剩下0.3999999999999999美元。 这是错误的答案！ 解决此问题的正确方法是使用BigDecimal，int或long进行货币计算。

这里是对上面程序的直接转换，使用BigDecimal类型代替double。 请注意，使用BigDecimal的String类型的构造方法，而不是其double类型构造方法。 这是必要的，以避免在计算中引入不准确的值[Bloch05，Puzzle 2]：

public static void main(String[] args) {
    final BigDecimal TEN_CENTS = new BigDecimal(".10");
    int itemsBought = 0;
    BigDecimal funds = new BigDecimal("1.00");
    for (BigDecimal price = TEN_CENTS;
            funds.compareTo(price) >= 0;
            price = price.add(TEN_CENTS)) {
        funds = funds.subtract(price);
        itemsBought++;
    }
    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Money left over: $" + funds);
}

如果你运行修改后的程序，你会发现可以买到四块糖果，剩下0.00美元。 这是正确的答案。

但是，使用BigDecimal有两个缺点：它没有比使用基本算术类型方便，而且速度要慢得多。 如果你只解决一个简单的问题，后一种缺点是无关紧要的，但前者可能会让你烦恼。

除了使用BigDecimal以外，还可以使用int或long类型，具体取决于所涉及的数量，并自己控制十进制小数点。 在这个例子中，最明显的方法是用美分而不是美元来计算。下面是采用这种方法的简单转换:

public static void main(String[] args) {
    int itemsBought = 0;
    int funds = 100;
    for (int price = 10; funds >= price; price += 10) {
        funds -= price;
        itemsBought++;
    }

    System.out.println(itemsBought + " items bought.");
    System.out.println("Cash left over: " + funds + " cents");
}

总之，对于任何需要精确答案的计算，不要使用float或double。如果希望系统控制十进制小数点，并且不介意不使用基本类型带来的不便和成本，请使用BigDecimal。使用BigDecimal的另一个好处是，它可以完全控制舍入，当执行需要舍入的操作时，可以从八种舍入模式中进行选择。如果你使用合法的舍入行为执行业务计算，这将非常方便。如果性能是最重要的，那么不介意自己控制十进制小数点，而且数量不是太大，可以使用int或long。如果数量不超过9位小数，可以使用int;如果不超过18位，可以使用long。如果数量可能超过18位，则使用BigDecimal。