Java核心类——7.BigInteger

目录

• java.math.BigInteger类的使用
  • BigInteger的特性
  • 与基本类型的转换
  • 优缺点分析

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java.math.BigInteger类的使用

在Java中，基本数据类型long能表示的最大整数范围是64位，对于超出这个范围的整数计算，就需要借助java.math.BigInteger类。这个类可以表示任意大小的整数，完全摆脱了原生数据类型的范围限制。

BigInteger的特性

BigInteger最显著的特点是支持任意精度的整数运算。它内部通过一个int[]数组来存储大整数的各位数字，从而实现对超大整数的表示和计算。

创建BigInteger实例的方式很简单，通常通过字符串构造：

BigInteger big = new BigInteger("123456789012345678901234567890");

与基本类型的运算不同，BigInteger的所有运算都通过实例方法完成：

BigInteger a = new BigInteger("987654321");
BigInteger b = new BigInteger("123456789");

BigInteger sum = a.add(b); // 加法
BigInteger difference = a.subtract(b); // 减法
BigInteger product = a.multiply(b); // 乘法
BigInteger quotient = a.divide(b); // 除法
BigInteger remainder = a.remainder(b); // 取余

注：除法运算时如果不能整除，会抛出ArithmeticException，可以使用divideAndRemainder()方法同时获取商和余数

与基本类型的转换

BigInteger继承自Number类，因此可以通过以下方法转换为基本数据类型：

• byteValue()：转换为byte
• shortValue()：转换为short
• intValue()：转换为int
• longValue()：转换为long
• floatValue()：转换为float
• doubleValue()：转换为double

需要注意的是，如果BigInteger表示的数值超出了目标基本类型的范围，转换会丢失高位信息，导致结果不准确（使用floatValue()或doubleValue()转换超大数值时，可能会得到Infinity）。为了确保转换的安全性，可以使用带Exact后缀的方法：

BigInteger large = new BigInteger("1000000000000");
try {
    long val = large.longValueExact(); // 准确转换
    int intVal = large.intValueExact(); // 会抛出异常，因为超出int范围
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("转换超出范围：" + e.getMessage());
}

longValueExact()等方法在转换超出范围时会抛出ArithmeticException，避免了静默的数据丢失。

优缺点分析

优点：

• 突破基本类型的范围限制，支持任意大小的整数
• 提供了丰富的数学运算方法，包括幂运算、模运算等
• 是不可变类，线程安全

缺点：

• 运算速度比原生类型慢，因为是软件模拟的运算
• 内存占用较大，需要存储额外的数组结构
• 不能使用+、-等运算符，必须调用方法