JAVA源码之JDK(二)——Integer、Long、Double

java

  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);

true

false

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。

以上是 JAVA源码之JDK(二)——Integer、Long、Double 的全部内容, 来源链接: utcz.com/z/390741.html

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