Google Guava 数学运算

谁践踏了优雅 2021-12-12 08:33 345阅读 0赞

为什么使用Guava Math

*  Guava Math针对各种不常见的溢出情况都有充分的测试；对溢出语义，Guava文档也有相应的说明；如果运算的溢出检查不能通过，将导致快速失败。
 *  Guava Math的性能经过了精心的设计和调优；虽然性能不可避免地依据具体硬件细节而有所差异，但Guava Math的速度通常可以与Apache Commons的MathUtils相比，在某些场景下甚至还有显著提升。
 *  Guava Math在设计上考虑了可读性和正确的编程习惯；IntMath.log2(x, CEILING) 所表达的含义，即使在快速阅读时也是清晰明确的。而32-Integer.numberOfLeadingZeros(x – 1)对于阅读者来说则不够清晰。

# 一 整数运算 #

Guava Math主要处理三种整数类型：int、long和BigInteger。这三种类型的运算工具类分别叫做IntMath、LongMath和BigIntegerMath。

## 1.1 有溢出检查的运算 ##

有溢出检查的运算，如果计算结果有溢出的情况下(上溢，下溢)，就会抛出ArithmeticException异常。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算(有溢出检查)</th> 
   <th>IntMath里面方法</th> 
   <th>LongMath里面方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>加法</td> 
   <td>checkedAdd(int a, int b)</td> 
   <td>checkedAdd(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>减法</td> 
   <td>checkedSubtract(int a, int b)</td> 
   <td>checkedSubtract(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>乘法</td> 
   <td>checkedMultiply(int a, int b)</td> 
   <td>checkedMultiply(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>幂</td> 
   <td>checkedPow(int b, int k)</td> 
   <td>checkedPow(int b, int k)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 1.2 上溢，下溢返回最大值最小值 ##

如果对应的运算如果发生溢出，上溢则返回对应类型的最大值(Integer.MAX\_VALUE、Long.MAX\_VALUE )、下溢则返回对应类型的最小值(Integer.MIN\_VALUE、Long.MIN\_VALUE)。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算</th> 
   <th>IntMath里面方法</th> 
   <th>LongMath里面方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>加法</td> 
   <td>saturatedAdd(int a, int b)</td> 
   <td>saturatedAdd(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>减法</td> 
   <td>saturatedSubtract(int a, int b)</td> 
   <td>saturatedSubtract(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>乘法</td> 
   <td>saturatedMultiply(int a, int b)</td> 
   <td>saturatedMultiply(int a, int b)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>幂</td> 
   <td>saturatedPow(int b, int k)</td> 
   <td>saturatedPow(int b, int k)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 二 实数运算 #

IntMath、LongMath和BigIntegerMath提供了很多实数运算的方法，并把最终运算结果舍入成整数。这些方法需要指定一个java.math.RoundingMode枚举值来作为舍入的模式。RoundingMode的取值如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>RoundingMode枚举值</th> 
   <th>解释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.DOW</td> 
   <td>向零方向舍入（去尾法）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.UP</td> 
   <td>远离零方向舍入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.FLOO</td> 
   <td>向负无限大方向舍入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.CEILING</td> 
   <td>向正无限大方向舍入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.UNNECESSARY</td> 
   <td>不需要舍入，如果用此模式进行舍入，应直接抛出ArithmeticException</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.HALF_UP</td> 
   <td>向最近的整数舍入，其中x.5远离零方向舍入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.HALF_DOWN</td> 
   <td>向最近的整数舍入，其中x.5向零方向舍入</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RoundingMode.HALF_EVEN</td> 
   <td>向最近的整数舍入，其中x.5向相邻的偶数舍入</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 实数运算方法

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算</th> 
   <th>IntMath里面方法</th> 
   <th>LongMath里面方法</th> 
   <th>BigIntegerMath里面方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>除法</td> 
   <td>divide(int, int, RoundingMode)</td> 
   <td>divide(long, long, RoundingMode)</td> 
   <td>divide(BigInteger, BigInteger, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2为底的对数</td> 
   <td>log2(int, RoundingMode)</td> 
   <td>log2(long, RoundingMode)</td> 
   <td>log2(BigInteger, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>10为底的对数</td> 
   <td>log10(int, RoundingMode)</td> 
   <td>log10(long, RoundingMode)</td> 
   <td>log10(BigInteger, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>平方根</td> 
   <td>sqrt(int, RoundingMode)</td> 
   <td>sqrt(long, RoundingMode)</td> 
   <td>sqrt(BigInteger, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> 实数运算部分Guava还另外提供了一些有用的运算函数

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算</th> 
   <th>IntMath里面方法</th> 
   <th>LongMath里面方法</th> 
   <th>BigIntegerMath里面方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>最大公约数</td> 
   <td>gcd(int, int)</td> 
   <td>gcd(long, long)</td> 
   <td>gcd(BigInteger)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>取模</td> 
   <td>mod(int, int)</td> 
   <td>mod(long, long)</td> 
   <td>mod(BigInteger)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>取幂</td> 
   <td>pow(int, int)</td> 
   <td>pow(long, int)</td> 
   <td>pow(int)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>是否2的幂</td> 
   <td>isPowerOfTwo(int)</td> 
   <td>isPowerOfTwo(long)</td> 
   <td>isPowerOfTwo(BigInteger)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>阶乘*</td> 
   <td>factorial(int)</td> 
   <td>factorial(int)</td> 
   <td>factorial(int)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>二项式系数*</td> 
   <td>binomial(int, int)</td> 
   <td>binomial(int, int)</td> 
   <td>binomial(int, int)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> \*阶乘和二项式系数的运算结果如果溢出，则返回MAX\_VALUE

# 三 浮点数运算 #

JDK已经比较彻底地涵盖了浮点数运算，但Guava在DoubleMath类中也提供了一些有用的方法。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算</th> 
   <th>DoubleMath方法</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>判断该浮点数是不是一个整数</td> 
   <td>isMathematicalInteger(double)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>舍入为int；对无限小数、溢出抛出异常</td> 
   <td>roundToInt(double, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>舍入为long；对无限小数、溢出抛出异常</td> 
   <td>roundToLong(double, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>舍入为BigInteger；对无限小数抛出异常</td> 
   <td>roundToBigInteger(double, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2的浮点对数，并且舍入为int，比JDK的Math.log(double) 更快</td> 
   <td>log2(double, RoundingMode)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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关于Guava属性运算的一些帮助类就这些。使用非常简单。我们就不举例了。