35、Java 中的 Math 类、Random 随机数、UUID、格式化字符串或数字、字符串和数字的相互转换、高精度计算、BigDecimal、计算机中的浮点数都是近似值-阿里云开发者社区

一、Math 类

(1) 简介

✏️ java.lang.Math 类提供了常见的数学计算功能

✏️ Math 类被 final 修饰（不能被继承）

✏️ Math 类不能被实例化

🍀 Math 类中都是 static 成员

🍀 Math 类不能被实例化，里面的非静态成员就毫无意义

(2) 属性

// 自然对数函数的底数（常量）
 public static final double E = 2.7182818284590452354;
 // π（圆周率）
 public static final double PI = 3.14159265358979323846;

刘徽开创了探索圆周率的精确方法。

祖冲之在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上，首次将圆周率精算到小数点后第七位，即在3.1415926和3.1415927之间。

(3) 方法

① ceil 和 floor

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 求绝对值: 666
        // 正数的绝对值是其本身, 负数的绝对值是其相反数
        System.out.println("求绝对值: " + Math.abs(-666));
        // 求两个数的最大值: 777
        System.out.println("求两个数的最大值: " + Math.max(666, 777));
        // 求两个数的最小值: 2.36
        System.out.println("求两个数的最小值: " + Math.min(3.14, 2.36));
    }
}

🍀 max 方法可以求 int、long、float、double 等类型的两个数的最大值

🍀 体现了 Java 中的方法的重载特性

🍀 重载：① 方法名相同，参数类型或数量不同；② 重载与返回值类型、参数名称无关

🍀 Math 类中有很多重载的方法

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        double n1 = 3.14159;
        double n2 = -3.04159;
        // 向下取整: 3.0
        System.out.println("向下取整: " + Math.floor(n1));
        // 向上取整: 4.0
        System.out.println("向上取整: " + Math.ceil(n1));
        // 向下取整: -4.0
        System.out.println("向下取整: " + Math.floor(n2));
        // 向上取整: -3.0
        System.out.println("向上取整: " + Math.ceil(n2));
    }
}

🍀 floor（地板）：向下取整（最接近操作数的整数，并且要比操作数小）

🍀 ceil（天花板）：向上取整（最接近操作数的整数，并且要比操作数大）

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        double n1 = 3.44159;
        double n2 = -3.54159;
        // 四舍五入: 3
        System.out.println("四舍五入: " + Math.round(n1));
        // 四舍五入: -4
        System.out.println("四舍五入: " + Math.round(n2));
    }
}

② Knowledge is power

🍀 弗朗西斯培根： 出生于英国伦敦，其父亲是伊丽莎白女王的掌玺大臣。

🍀 Knowledge is power. 来自于弗朗西斯培根

🍀 他在《培根随笔》中的文章 📗《论读书》写得非常非常好（下面看其片段）

🍀 英文版的读起来还是比较费劲，博主选择了个人觉得翻译得通俗易懂的（咬文嚼字的不要）

🌱 读书可以作为消遣，可以作为装饰，也可以增长才干。

🌱 孤独寂寞时，阅读可以消遣；高谈阔论时，知识可供装饰；处世行事时，知识意味着才干。

🌱 懂得事务因果的人是幸运的。有实际经验的人虽能够处理个别性的事务，但若要纵观整体，运筹全局，却唯有学识方能办到。读书太慢的人驰惰，为装潢而读书是欺人，完全按照书本做事就是呆子。

🌱💐 求知可以改进人性，而经验可以改进知识本身。人的天性犹如野生的花草，求知学习好比修剪移栽。学问虽能指引方向，但往往流于浅乏，必须依靠经验才能扎下根基。

🌱 狡诈者轻鄙学问，愚鲁者羡慕学问，聪明者则运用学问。 知识本身并没有告诉人怎么运用它，运用的智慧在于书本之外。这是技艺，不体验就学不到。

🌱 读书是为了认识事物原理。为挑剔辩驳去读书是无聊的，但也不可过于迷信书本。求知不是为了吹嘘炫耀，而是为了寻找真理，启迪智慧。

🌱 书籍好比食物。有些只须浅尝，有些可以吞咽，只有少数需要仔细咀嚼，慢慢品味。所以，有的书只须读其中一部分，有的书只须知其梗概，而对于少数好书，则应当通读、细读、反复读。

🌱 有的书可以请人代读，然后看 TA 的笔记摘要即可。但这只应限于不太重要的议论和质量粗劣的书。否则一本书就将像已被蒸馏过的水，变得淡而无味了。

✏️ 书归正传，Knowledge is power. 中的 power 是力量或权力的意思，但在数学上也表示幂、次方

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 2的3次方: 8.0
        System.out.println("2的3次方: " + Math.pow(2, 3));
    }
}

🍀 Math 类的 pow 方法用于求数的次方值，pow 就来自于power

③ sqrt

✏️ sqrt 是 Square Root 的简写，意思是：平方根

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 计算平方根: 8.0
        System.out.println("计算平方根: " + Math.sqrt(64));
    }
}

④ sin、cos、角度转弧度

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        double degree = 90; // 角度制
        // 角度转换为弧度
        double radian = Math.toRadians(degree);
        // 计算 sin、cos、tan 等三角函数的时候, 需要把角度转换为弧度
        // sin: 1.0
        System.out.println("sin: " + Math.sin(radian));
        // cos: 6.123233995736766E-17
        System.out.println("cos: " + Math.cos(radian));
        // tan: 1.633123935319537E16
        System.out.println("tan: " + Math.tan(radian));
    }
}

(4) Math.random() 和 Random 类

✏️ Math.random()可以生成[0.0, 1.0)范围的随机数【包括0，不包括1.0】

✏️ java.util.Random可以更方便地生成各种随机数（boolean 类型、int 类型、double 类型、long 类型 …） 👍

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        boolean randBool = random.nextBoolean();
        int randInt = random.nextInt();
        long randLong = random.nextLong();
        float randFloat = random.nextFloat();
        // randBool = false
        System.out.println("randBool = " + randBool);
        // randInt = 1742425555
        System.out.println("randInt = " + randInt);
        // randLong = -83656586469544965
        System.out.println("randLong = " + randLong);
        // randFloat = 0.106951594
        System.out.println("randFloat = " + randFloat);
    }
}

🍀 这几个方法生成的随机数是无法指定范围的

🍀 可通过下面的练习学习如何生成指定范围的随机数

① 生成 [0, 99] 范围的整数

public class Randoms {
    /**
     * (1) Math.random() 生成的是 [0.0, 1.0] 范围的随机数
     * (2) 乘以 100 之后就是 [0.0, 100.0) 的浮点数
     * (3) 强转为 int 类型后就是 [0, 99] 的整数
     */
    private static int createRandNum0To99() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }
    private static int createRandNum0To99_() {
        // 生成 [0, 100) 的随机整数
        // [0, 100) 其实就是 [0, 99]
        return new Random().nextInt(100);
    }
}

🍀 new Random().nextInt(n) 生成 [0, n) 范围的随机整数

② 生成 [10, 99] 范围的整数

public class Randoms {
    /**
     * (1) (int) (Math.random() * 90): 生成的是 [0, 89] 的随机整数
     * (2) 加上 10 后生成的就是 [10, 99] 的随机整数
     */
    private static int createRandNum10To99() {
        return (int) (Math.random() * 90) + 10;
    }
    
    private static int createRandNum10To99_() {
        Random random = new Random();
        return 10 + random.nextInt(90);
    }
}

③ 生成四位大写字母随机字符串

public class RandStrFour {
    public static void main(String[] args) {
        char aLetter = 'A';
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            Random random = new Random();
            char i1 = (char) random.nextInt(25);
            System.out.print((char) (aLetter + i1));
        }
    }
}

二、UUID

✏️ UUID（Universally Unique Identifier）：通用唯一标识符

✏️ UUID 的作用：让分布式系统中的所有元素都能有唯一的标识符，而不需要通过中央控制端来做标识符的指定

✏️ 可以使用java.util.UUID类的 randomUUID 方法生成一个32位的16进制数的随机字符串，可用该字符串作为 UUID

public class UUIDTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 87fe7457-abb9-4de7-bb9b-9fe34fda11dd
        // 绝对是随机且唯一的
        System.out.println(UUID.randomUUID());
    }
}

三、格式化字符串或数字

(1) 格式化字符串

🍀 这东西蛮好用的

✏️ 可用 System.out.printf 或 System.out.format 输出格式化的字符串

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) { 
        String sentence = "%s, %s和%s去%s结婚了, 当时他们都才%d岁";
        // 2022年08月09日, 莫松和陆昊去美国白宫结婚了, 当时他们都才20岁
        System.out.printf(sentence, "2022年08月09日", "莫松", "陆昊", "美国白宫", 20);
        System.out.println();
        // 2022年08月08日, 杨嘉立和叶霆去美国大使馆结婚了, 当时他们都才12岁
        System.out.format(sentence, "2022年08月08日", "杨嘉立", "叶霆", "美国大使馆", 12);
    }
}

✏️ 也可以使用String类的 format 方法创建格式化的字符串

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String s = String.format("%s, 英国女王的%s, %d年成为英国皇室的第一大臣", "庆医", "干儿子", 2022);
        // 庆医, 英国女王的干儿子, 2022年成为英国皇室的第一大臣
        System.out.println(s);
    }
}

🍀 这里面使用到了可变参数

占位符号	作用
%d	十进制整数
%f	浮点数
%s	字符串
%n	换行

(2) 格式化数字（DecimalFormat）

🍀 使用 java.text.DecimalFormat 可以更好地控制前0、后0、前缀、后缀、分组分隔符、十进制分隔符等。

public class TestDemo {
   public static void main(String[] args) {
       double doubleVal1 = 520360.123;
       double doubleVal2 = 123.78;
       double doubleVal3 = 12345.78;
       // 520,360.123
       System.out.println(customFormat("###,###.###", doubleVal1));
       // 520360.12
       System.out.println(customFormat("###.##", doubleVal1));
       // 000123.780
       System.out.println(customFormat("000000.000", doubleVal2));
       // $12,345.78
       System.out.println(customFormat("$###,###.###", doubleVal3));
   }
   /**
    * 把 double 类型的值转换为指定的字符串格式
    *
    * @param pattern 转换格式
    * @param value   待转换的数
    * @return 转换后的字符串
    */
   private static String customFormat(String pattern, double value) {
       DecimalFormat df = new DecimalFormat(pattern);
       return df.format(value);
   }
}

(3) 字符串转数字

🍀 包装类型的valueOf方法可以传入基本类型或字符串, 然后将其转换为包装类型

🍀 包装类型的parsexxx方法可以把一个字符串转化为对应数字的基本类型

✏️ 必须保证待转换的字符串是可以被转换为相应数字的，否则会抛数字转换异常（NumberFormatException）

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String intStr = "520";
        String doubleStr = "66.88";
        Integer i1 = Integer.valueOf(intStr);
        Double d1 = Double.valueOf(doubleStr);
        // 520
        System.out.println(i1);
        // 66.88
        System.out.println(d1);
        int i2 = Integer.parseInt(intStr);
        double d2 = Double.parseDouble(doubleStr);
        // 520
        System.out.println(i2);
        // 66.88
        System.out.println(d2);
    }
}

(4) 数字转字符串

🍀 字符串的valueOf方法可把数字、对象或 char 数字转换为字符串

🍀 包装类的toString 方法可把其包装的基本类型转换为字符串

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        double d = 66.666;
        boolean b = true;
        String iStr0 = i + "";
        String dStr0 = d + "";
        String bStr0 = b + "";
        // 1
        System.out.println(iStr0);
        // 66.666
        System.out.println(dStr0);
        // true
        System.out.println(bStr0);
        String iStr = String.valueOf(i);
        String dStr = String.valueOf(d);
        String bStr = String.valueOf(b);
        String iString = Integer.toString(i);
        String dString = Double.toString(d);
        String bString = Boolean.toString(b);
        // true
        System.out.println(iStr.equals(iString));
        // true
        System.out.println(dStr.equals(dString));
        // true
        System.out.println(bStr.equals(bString));
    }
}

🍀 基本类型转换为字符串可通过拼接一个空串来简单实现

四、高精度计算

(1) 计算机中浮点数都是近似值

💐 float 和 double 存储的只是小数的近视值，并非精确值，因此不适合用来做高精度计算

💐 小数转换为二进制可能是无穷的（如：0.7）

💐 计算机保留的仅仅是 0.7 的二进制数的一部分（所以浮点数在计算机中肯定是近似值）

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        double d1 = 0.7;
        double d2 = 0.7;
        // 0.48999999999999994
        System.out.println(d1 * d2);
    }
}

(2) BigDecimal

💐 java.math.BigDecimal 类可专门用来做高精度计算

💐 通过数字字符串创建 BigDecimal 对象

💐 通过 BigDecimal 内的方法计算加、减、乘和除

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        double d1 = 0.7;
        double d2 = 0.7;
        BigDecimal n1 = new BigDecimal(d1 + "");
        BigDecimal n2 = new BigDecimal(String.valueOf(d2));
        // 1.4
        System.out.println(n1.add(n2));
        // 0.0
        System.out.println(n1.subtract(n2));
        // 0.49
        System.out.println(n1.multiply(n2));
        // 1
        System.out.println(n1.divide(n2));
    }
}

结束, 如有错误请不吝赐教

35、Java 中的 Math 类、Random 随机数、UUID、格式化字符串或数字、字符串和数字的相互转换、高精度计算、BigDecimal、计算机中的浮点数都是近似值