JAVA源码之JDK（二）——Integer、Long、Double
这篇文章继续java.lang包下的源码学习，笔者也是找了几个比较常用的来阅读。下面针对Integer、Long、Double这样的基本类型的封装类，记录一些比较经典、常用的方法的学习心得，如toString()、parseInt()等。
java.lang.Integer
1. public static String toString(int i)
说起toString()，这是从Object类中继承过来的，当然，如果我们不重写，那么返回的值为ClassName + "@" + hashCode的16进制。那么，如果是我们自己，要怎么实现呢。笔者这里想到的办法是循环对10求余，得到对应的char型数组后就得到了字符串。那么我们来看看JDK中高手是怎么写的，以下是10进制的【10进制的与其它的是不一样的】。
1 public static String toString(int i) {2 if (i == Integer.MIN_VALUE)
3 return "-2147483648";
4 int size = (i < 0) ? stringSize(-i) + 1 : stringSize(i);
5 char[] buf = new char[size];
6 getChars(i, size, buf);
7 return new String(0, size, buf);
8 }
1 static void getChars(int i, int index, char[] buf) { 2 int q, r;
3 int charPos = index;
4 char sign = 0;
5
6 if (i < 0) {
7 sign = '-';
8 i = -i;
9 }
10
11 // Generate two digits per iteration
12 while (i >= 65536) {
13 q = i / 100;
14 // really: r = i - (q * 100);
15 r = i - ((q << 6) + (q << 5) + (q << 2));
16 i = q;
17 buf [--charPos] = DigitOnes[r];
18 buf [--charPos] = DigitTens[r];
19 }
20
21 // Fall thru to fast mode for smaller numbers
22 // assert(i <= 65536, i);
23 for (;;) {
24 q = (i * 52429) >>> (16+3);
25 r = i - ((q << 3) + (q << 1)); // r = i-(q*10) ...
26 buf [--charPos] = digits [r];
27 i = q;
28 if (i == 0) break;
29 }
30 if (sign != 0) {
31 buf [--charPos] = sign;
32 }
33 }
//笔者注：取出十位数的数字。final static char [] DigitTens = {
'0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
'1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1', '1',
'2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2', '2',
'3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3', '3',
'4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4', '4',
'5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5', '5',
'6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6', '6',
'7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7', '7',
'8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8', '8',
'9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9', '9',
};
//笔者注：取出个位数的数字。
final static char [] DigitOnes = {
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
};
final static char[] digits = {
'0' , '1' , '2' , '3' , '4' , '5' ,
'6' , '7' , '8' , '9' , 'a' , 'b' ,
'c' , 'd' , 'e' , 'f' , 'g' , 'h' ,
'i' , 'j' , 'k' , 'l' , 'm' , 'n' ,
'o' , 'p' , 'q' , 'r' , 's' , 't' ,
'u' , 'v' , 'w' , 'x' , 'y' , 'z'
};
上面的代码用到的静态常量数组
先来对getChars()进行分析：
这里12行与23行的两处循环，分别对int型的高位的两个字节、低位的两个字节进行遍历。【为什么呢，且看下文】
首先对于15行的代码，如果没有上面的注释笔者可能想不出来是什么意思。q*100=q*(26+25+22)，乘法原来可以这样的【但笔者写了main方法测试了一下，两种方式在计算时间上没什么差别，可能是我的测试方式有问题，具体效率会高多少，目前还不清楚】。13-15行的意义便是进行求余的思想，不过这里是对100进行求余，每次找出两位数，这样有效的减少了乘除法的次数【高手就是高手】。
对于低位的循环，同样也是求余，但这里连除法都用是另一种形式。第24行的意思是：q=i*(52429/216)/23≈≈i*0.1【好吧，笔者也没测出效率高多少】。因为这里要用i*52429>>16更精确的表示乘以十分之八的作用，而高位的两个字节的数再乘会溢出，所以源码里进行了高位与低位用两种方式分开循环。
最后是符号的判断，这里就不多说了。
再来对toString(int i)进行分析：
这里有一处对Integer.MIN_VALUE的判断，只有读完了getChars的代码才会知道，原来第8行的i=-i，对于i=Integer.MIN_VALUE是会益处的。源码中也有相关注释【Will fail if i == Integer.MIN_VALUE】。
2. public static String toString(int i, int radix)
对于toString(int i, int radix)：以传入的基数radix转换成字符串，这里是用真正的求余运算i % radix来实现的【笔者暗爽，居然有了高手想法】，但需要注意的是：为防止溢出，这里是用负数来进行运算的。源码很简单，这里不再赘述，请自行阅读。
3.public static int parseInt(String s, int radix)
这个方法当时看得笔者头大，尤其是char类型转成int型那段代码。以下是源码：
1 public static int parseInt(String s, int radix) throws NumberFormatException { 2 if (s == null) {
3 throw new NumberFormatException("null");
4 }
5
6 if (radix < Character.MIN_RADIX) {
7 throw new NumberFormatException("radix " + radix +
8 " less than Character.MIN_RADIX");
9 }
10
11 if (radix > Character.MAX_RADIX) {
12 throw new NumberFormatException("radix " + radix +
13 " greater than Character.MAX_RADIX");
14 }
15
16 int result = 0;
17 boolean negative = false;
18 int i = 0, max = s.length();
19 int limit;
20 int multmin;
21 int digit;
22
23 if (max > 0) {
24 if (s.charAt(0) == '-') {
25 negative = true;
26 limit = Integer.MIN_VALUE;
27 i++;
28 } else {
29 limit = -Integer.MAX_VALUE;
30 }
31 multmin = limit / radix;
32 if (i < max) {
33 digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
34 if (digit < 0) {
35 throw NumberFormatException.forInputString(s);
36 } else {
37 result = -digit;
38 }
39 }
40 while (i < max) {
41 // Accumulating negatively avoids surprises near MAX_VALUE
42 digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix);
43 if (digit < 0) {
44 throw NumberFormatException.forInputString(s);
45 }
46 if (result < multmin) {
47 throw NumberFormatException.forInputString(s);
48 }
49 result *= radix;
50 if (result < limit + digit) {
51 throw NumberFormatException.forInputString(s);
52 }
53 result -= digit;
54 }
55 } else {
56 throw NumberFormatException.forInputString(s);
57 }
58 if (negative) {
59 if (i > 1) {
60 return result;
61 } else { /* Only got "-" */
62 throw NumberFormatException.forInputString(s);
63 }
64 } else {
65 return -result;
66 }
67 }
如果放弃第33行的digit = Character.digit(s.charAt(i++),radix) 而单纯的理解为：得到char型代表的真实的数字【如'3'就是代表3、'A'在更高的进制里表示10】。那么理解parseInt会容易得多。大致思路就是：由左至右遍历String的每个char，乘以对应的radix加上后面的数即可。如对于十进制：1234 = ((1 × 10 + 2) × 10 + 3) × 10 + 4。
先来总结一些笔者理解到的重点：
首先所有的运算都是基于负数的。在toString也提到过，因为将Integer.MIN_VALUE直接变换符号会导致数值溢出。
然后就是第31行的multmin = limit / radix这个数的控制，可以在乘法计算之前可判断计算之后是否溢出。同理，第50行可在减法之前判断计算后是否溢出。
再来简单说说Character.digit(s.charAt(i++),radix):
对于≥0且≤255的char型，是由一个int A[] = int[256]的数字数组来对应的【对于>255的我也没看懂】。数组中每个int都是有两个2字节字符组成的，前面2个字节表示参与计算的值，后面2个字节表示这个字符属于什么种类，这个种类也是经过取二进制最后5位数得到的。如表示数字的char型'0'~'9',ascII是48~57，那么int数组中的A[48~57]位的每个int数的后2个字节存的是\u3609，与0x1F做按位与，即二进制最后5位数，得到9，这个就表示的就是数字，是由Character.DECIMAL_DIGIT_NUMBER这个静态常量定义的，除此之外，还有Character.LETTER_NUMBER表示字符数字等等。并且前面2个字节参与计算的公式为：
value = ch + ((val & 0x3E0) >> 5) & 0x1F;
这个value就是最终得到的数值，val是int数组中对应的数。
总之其目的就是通过char类型'3'或'A'，得到其表示的数值3和10。如果这里没看懂的可以忽略，其实笔者也只是看到的一个表面现象，至于为什么要怎么做，还得请大神来解答。
并且在获取A[]中的数时，中间还有这样的强转，笔者这里也是完全不明白这么做的意义。代码如下：
static int getProperties(int ch) { char offset = (char)ch;
int props = A[offset];
return props;
}
4.Integer的缓存
最后来说说cache，为提高效率，JDK将[-128,127]之间的这些常用的int值的Integer对象进行了缓存。这是通过一个静态内部类来实现的。代码如下：
1 private static class IntegerCache { 2 private IntegerCache(){}
3
4 static final Integer cache[] = new Integer[-(-128) + 127 + 1];
5
6 static {
7 for(int i = 0; i < cache.length; i++)
8 cache[i] = new Integer(i - 128);
9 }
10 }
想一想这里为什么会用静态内部类，想明白了以后是不是觉得自己又提升了一点呢。
这也就解释了为什么会有如下的结果：
1 Integer a1 = Integer.valueOf(13);2 Integer a2 = Integer.valueOf(13);
3 Integer a3 = Integer.valueOf(133);
4 Integer a4 = Integer.valueOf(133);
5 System.out.println(a1 == a2);
6 System.out.println(a3 == a4);
truefalse
猜一猜输出结果是什么
java.lang.Long
好吧，我承认，这与Integer如出一辙。cache值也是[-128-127]。写这个是多余的。
java.lang.Double
很惭愧，源码看不懂，跟到里面有些甚至是native方法，那只好这里记录一下double类型的存储原理了。
总所周知，JAVA中double与long都占8个字节，但double的值域却比long大得多得多。Double.MAX_VALUE = 0x1.fffffffffffffP+1023，接近于21023。那如此庞大的数是怎么存的呢。这里会用到指数，即在64位二进制码中，一部分表示数字的值，一部分表示指数数值。就像十进制中的3.14，可以表示为：314×10-2。
单精度浮点型用8位表示指数数值，其中一位是符号位。其余23位表示数字，1位表示符号。
双精度浮点型用11位表示指数数值，其中一位是符号位。其余52位表示数字，1为表示符号。
例如：
十进制数0.5等于2-1，它的存储形式是，数字部分符号位为0，数字部分为10，指数符号位为1，指数数值部分为1。
十进制数-3.125等于21+20+2-1+2-3，整数部分为11，小数部分为101，所以它的存储形式是，数字部分符号位为1，数字部分为11101，指数符号位为1，指数数值部分为11。即11101×2-3。
如果遇到无限个小数位的数值时，就会截掉可表示的数字的后面的部分，由此可见，指数数值部分越多，表示的浮点型精度就越大。
OK，本次的学习记录就到这里。
学习是件快乐而又有成就感的事。
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