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07_Java Number & Math 类

Java Number类和Math类的用法和示例

Java Number

一般地，当需要使用数字的时候，我们通常使用内置数据类型，如：byte、int、long、double 等。 实例：

int a = 5000;
float b = 13.65f;
byte c = 0x4a;

然而，在实际开发过程中，我们经常会遇到需要使用对象，而不是内置数据类型的情形。为了解决这个问题，Java 语言为每一个内置数据类型提供了对应的包装类。

所有的包装类 （Integer、Long、Byte、Double、Float、Short） 都是抽象类 Number 的子类。

类名 对应基本类型 描述
Byte byte 字节型包装类
Short short 短整型包装类
Integer int 整型包装类
Long long 长整型包装类
Float float 单精度浮点型包装类
Double double 双精度浮点型包装类
BigInteger - 不可变任意精度整数
BigDecimal - 不可变任意精度有符号十进制数

![[Java Number 类.png]]

这种由编译器特别支持的包装称为装箱，所以当内置数据类型被当作对象使用的时候，编译器会把内置类型装箱为包装类。相似的，编译器也可以把一个对象拆箱为内置类型。

Number 类属于 java.lang 包。

Number 是一个抽象类，主要作用是为各种数值类型提供统一的转换方法：

public abstract class Number implements Serializable {
    // 抽象方法
    public abstract int intValue();
    public abstract long longValue();
    public abstract float floatValue();
    public abstract double doubleValue();

    // Java 8 新增
    public byte byteValue() {
        return (byte)intValue();
    }
    public short shortValue() {
        return (short)intValue();
    }
}

下面是一个使用 Integer 对象的实例：

Test.java 文件代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer x = 5;
        x = x + 10;
        System.out.println(x);
    }
}

以上实例编译运行结果如下：

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当 x 被赋为整型值时，由于x是一个对象，所以编译器要对x进行装箱。然后，为了使x能进行加运算，所以要对x进行拆箱。

常用方法示例

基本类型转换

Number num = 1234.56; // 实际是Double类型

System.out.println(num.intValue());    // 1234 (截断小数)
System.out.println(num.longValue());   // 1234
System.out.println(num.floatValue());  // 1234.56
System.out.println(num.doubleValue()); // 1234.56

数值比较

Integer x = 10;
Double y = 10.0;

// 正确比较方式：转换为同一类型后比较
System.out.println(x.doubleValue() == y.doubleValue()); // true

特殊数值处理

处理大数

BigInteger bigInt = new BigInteger("12345678901234567890");
BigDecimal bigDec = new BigDecimal("1234567890.1234567890");

// 大数运算
BigInteger sum = bigInt.add(new BigInteger("1"));
BigDecimal product = bigDec.multiply(new BigDecimal("2"));

数值格式化

NumberFormat nf = NumberFormat.getInstance();
nf.setMaximumFractionDigits(2);

System.out.println(nf.format(1234.5678)); // "1,234.57"

自动装箱与拆箱

Java 5+ 支持自动转换：

// 自动装箱
Integer autoBoxed = 42; // 编译器转换为 Integer.valueOf(42)

// 自动拆箱
int autoUnboxed = autoBoxed; // 编译器转换为 autoBoxed.intValue()

Java Math 类

Math 类是 Java 提供的数学工具类，位于 java.lang 包中，包含执行基本数值运算的静态方法。

Java 的 Math 包含了用于执行基本数学运算的属性和方法，如初等指数、对数、平方根和三角函数。

Math 的方法都被定义为 static 形式，通过 Math 类可以在主函数中直接调用。

Test.java 文件代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("90 度的正弦值：" + Math.sin(Math.PI / 2));
        System.out.println("0度的余弦值：" + Math.cos(0));
        System.out.println("60度的正切值：" + Math.tan(Math.PI / 3));
        System.out.println("1的反正切值：" + Math.atan(1));
        System.out.println("π/2的角度值：" + Math.toDegrees(Math.PI / 2));
        System.out.println(Math.PI);
    }
}

以上实例编译运行结果如下：

90 度的正弦值：1.0
0度的余弦值：1.0
60度的正切值：1.7320508075688767
1的反正切值：0.7853981633974483
π/2的角度值：90.0
3.141592653589793

高级数学运算

1. 指数对数运算

Math.exp(1);      // e^1 ≈ 2.718
Math.log(Math.E); // ln(e) = 1
Math.log10(100);  // log10(100) = 2

2. 随机数生成

// 生成[0.0, 1.0)之间的随机数
double random = Math.random();

// 生成[1, 100]的随机整数
int randomInt = (int)(Math.random() * 100) + 1;

3. 其他运算

Math.hypot(3, 4);          // 计算sqrt(x²+y²) → 5.0
Math.IEEEremainder(10, 3); // IEEE余数 → 1.0

4. 常量字段

Math.PI; // π ≈ 3.141592653589793
Math.E;  // 自然对数底数e ≈ 2.718281828459045

Number & Math 类方法

下面的表中列出的是 Number & Math 类常用的一些方法：

序号 方法与描述
1 xxxValue()
将 Number 对象转换为xxx数据类型的值并返回。
2 compareTo()
将number对象与参数比较。
3 equals()
判断number对象是否与参数相等。
4 valueOf()
返回一个 Number 对象指定的内置数据类型
5 toString()
以字符串形式返回值。
6 parseInt()
将字符串解析为int类型。
7 abs()
返回参数的绝对值。
8 ceil()
返回大于等于( >= )给定参数的的最小整数，类型为双精度浮点型。
9 floor()
返回小于等于（<=）给定参数的最大整数。
10 rint()
返回与参数最接近的整数。返回类型为double。
11 round()
它表示四舍五入，算法为 Math.floor(x+0.5)，即将原来的数字加上 0.5 后再向下取整，所以，Math.round(11.5) 的结果为12，Math.round(-11.5) 的结果为-11。
12 min()
返回两个参数中的最小值。
13 max()
返回两个参数中的最大值。
14 exp()
返回自然数底数e的参数次方。
15 log()
返回参数的自然数底数的对数值。
16 pow()
返回第一个参数的第二个参数次方。
17 sqrt()
求参数的算术平方根。
18 sin()
求指定double类型参数的正弦值。
19 cos()
求指定double类型参数的余弦值。
20 tan()
求指定double类型参数的正切值。
21 asin()
求指定double类型参数的反正弦值。
22 acos()
求指定double类型参数的反余弦值。
23 atan()
求指定double类型参数的反正切值。
24 atan2()
将笛卡尔坐标转换为极坐标，并返回极坐标的角度值。
25 toDegrees()
将参数转化为角度。
26 toRadians()
将角度转换为弧度。
27 random()
返回一个随机数。

Math 的 floor,round 和 ceil 方法实例比较

参数 Math.floor Math.round Math.ceil
1.4 1 1 2
1.5 1 2 2
1.6 1 2 2
-1.4 -2 -1 -1
-1.5 -2 -1 -1
-1.6 -2 -2 -1

floor,round 和 ceil 实例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        double[] nums = { 1.4, 1.5, 1.6, -1.4, -1.5, -1.6 };
        for (double num : nums) {
            test(num);
        }
    }

    private static void test(double num) {
        System.out.println("Math.floor(" + num + ")=" + Math.floor(num));
        System.out.println("Math.round(" + num + ")=" + Math.round(num));
        System.out.println("Math.ceil(" + num + ")=" + Math.ceil(num));
    }
}

以上实例执行输出结果为：

Math.floor(1.4)=1.0
Math.round(1.4)=1
Math.ceil(1.4)=2.0
Math.floor(1.5)=1.0
Math.round(1.5)=2
Math.ceil(1.5)=2.0
Math.floor(1.6)=1.0
Math.round(1.6)=2
Math.ceil(1.6)=2.0
Math.floor(-1.4)=-2.0
Math.round(-1.4)=-1
Math.ceil(-1.4)=-1.0
Math.floor(-1.5)=-2.0
Math.round(-1.5)=-1
Math.ceil(-1.5)=-1.0
Math.floor(-1.6)=-2.0
Math.round(-1.6)=-2
Math.ceil(-1.6)=-1.0

常见陷阱与注意事项

Integer 缓存陷阱（-128 到 127）

Java 会缓存 -128 到 127 范围内的 Integer 对象，导致 == 在这个范围内返回 true，超出范围则返回 false：

Integer a = 127;
Integer b = 127;
System.out.println(a == b);      // true（从缓存取同一对象）
System.out.println(a.equals(b)); // true

Integer c = 128;
Integer d = 128;
System.out.println(c == d);      // false（超出缓存范围，两个新对象）
System.out.println(c.equals(d)); // true

原则：比较包装类对象的值，始终使用 equals()，而非 ==。

整数溢出

Java 的 int 超出范围后会默默溢出，不抛异常：

int max = Integer.MAX_VALUE;  // 2147483647
System.out.println(max + 1);  // -2147483648（溢出！变成最小值）

// 需要大数时用 long 或 BigInteger
long safeMax = (long) Integer.MAX_VALUE + 1;  // 2147483648

常用边界值常量：

Integer.MAX_VALUE  // 2147483647
Integer.MIN_VALUE  // -2147483648
Long.MAX_VALUE     // 9223372036854775807
Double.MAX_VALUE   // 1.7976931348623157E308

NaN（Not a Number）

浮点数的特殊值，与任何值（包括自身）比较都返回 false：

double nan = Double.NaN;
System.out.println(nan == nan);          // false（NaN 不等于自身！）
System.out.println(nan == Double.NaN);   // false

// 正确判断方式
System.out.println(Double.isNaN(nan));   // true
System.out.println(Double.isNaN(0.0 / 0.0));  // true（0除以0得NaN）

// 无穷大
double inf = 1.0 / 0.0;
System.out.println(Double.isInfinite(inf));  // true
System.out.println(inf);  // Infinity

自动拆箱的 NullPointerException

包装类对象为 null 时，自动拆箱会抛 NullPointerException：

Integer x = null;
int y = x;  // NullPointerException！（自动拆箱调用 x.intValue()）

// 安全做法：先判空
int y = (x != null) ? x : 0;
// 或使用 Optional
int y = Optional.ofNullable(x).orElse(0);