学习Java中遇到的问题积累

1.奇数性

看下面代码时候是否能判断参数 i 是奇数?

public static boolean isOdd(int i){ return i % 2 == 1;
}

答案是: NO
看似正确的判断奇数, 但是如果 i 是负数, 那么它返回值都是false
造成这种现象的是 => 从思想上固化, 认为奇数只在正数范围, 故判断负数将报错, 在C++中也是, 负数取余还是负.
在Java中取余操作定义产生的后果都满足下面的恒等式:

int数值a, 与非零int数值b 都满足下面的等式:
(a / b) * b + (a % b) == a

从上面就可以看出, 当取余操作返回一个非零的结果时, 左右操作数具有相同的正负号, 所以当取余在处理负数的时候, 以及会考虑负号.
而上面的这个问题, 解决方法就是避免判断符号:

public static boolean isOdd(int i){ return i % 2 != 0;
}

让结果与0比较, 很容易避免正负号判断.

思考:
1.在使用取余操作的时候要考虑符号对结果的影响
2.在运算中, 尝试使用0解决符号问题, 在一定程度上避免符号对结果的影响

2.浮点数产生的误差

看下面代码会打印出什么样的结果?

public class Change{ public static void main(String args[]){ System.out.println(2.00 - 1.10); }
}

从主观上看, 打印的结果必然是0.90, 然后这却是一个主观错误.
对于1.10这个数, 计算机只会使用近似的二进制浮点数表示, 产生精度影响.
从上面的例子中来看, 1,10在计算机中表示为1.099999, 这个1.10并没有在计算机中得到精确的表示.
针对这个精度问题, 我们可能会选择: System.out.printf("%.2f%n", 2.00 - 1.10);解决, 尽管打印出来的是正确答案, 但是依旧会暴露出一个问题: 如果精度控制在2.00 - 1.0010; 那么精度误差依旧会出现.
这里也说明了: 使用printf, 计算机底层依旧是使用二进制的方式来计算, 只不过这种计算提供了更好的近似值而已.
那么应该怎么解决这个问题呢?
首先想到是使用int模拟小数每一位, 然后计算, 最后将结果又转化为小数;
以此想到的就是使用BigDecimal类, 它主要用于精确小数运算.

import java.math.BigDecimal;
public class Change1{ public static void main(String args[]){ System.out.println(new BigDecimal("2.00").subtract(new BigDecimal("1.10"))); }
}

通过上面的代码就能得到一个精确的值.
注: 使用BigDecimal的时候, 不要使用BigDecimal(double d)的构造方法, 在double与double之间传值的时候依旧会引起精度损失. 这是一个严重的问题.
BigDecimal底层采用的就是int[], 使用String的时候, 会将String不断取每一位存入int[], 使用double的时候, 同理将数字的每一位存入int[], 但是double本身存在误差, 导致存入的数据会出现误差,例: 0.1存入double就表示为0.1000000099999999, 因此不使用double类型的构造函数

思考:
当然对于精确要求不高的地方, 完全可以使用float/double, 但是对于要求精度的计算, 比如货币一定要使用int, long, BigDecimal.

3.长整数造成数据溢出

看下面的代码会打印什么?

public class LongDivision{ public static void main(String args[]){ final long MICROS_PER_DAY = 24 * 60 * 60 * 1000 * 1000; final long MILLIS_PER_DAY = 24 * 60 * 60 * 1000; System.out.println(MICROS_PER_DAY/MILLIS_PER_DAY); }
}

整个过程, 除数与被除数都是long型, 很容易保存这两个数, 结果一定是1000, 但是结果让你失望了, 结果是5.
这又是怎么回事呢?
首先这个表达式: 24606010001000总是在int类型的基础上进行计算. 即表达式是按照int的规则计算
很容易看出这个表达式计算的范围早已超出int的取值范围, 纵然使用long去存储计算结果, 但是在计算的过程中就已经出现计算数据溢出, 这是一个隐藏错误.
Java目标确定类型的特性 => 如上例子, 不同通过 long 去确定24606010001000按照long进行存储.
必须指定数据类型, 才能按照指定的规则进行运算.
就用前面这个例子来看, 当指定24为24L就能防止数据计算溢出, 在进行乘法运算的时候就已经是在long的基础上进行计算.

public class LongDivision{ public static void main(String args[ ]){ final long MICROS_PER_DAY = 24L * 60 * 60 * 1000 * 1000; final long MILLIS_PER_DAY = 24L * 60 * 60 * 1000; System.out.println(MICROS_PER_DAY/MILLIS_PER_DAY); }
}

思考:
这个问题给了我一个深刻的教训, 当操作数很大的时候, 要预防操作数溢出, 当无法确定计算数会不会溢出, 所要做的就是用储存范围最大的类型: long 来进行计算

4.long的 “L” 与 “l” 所引发的错误

从上面 “长整数运算造成数据溢出” 引发又一个问题, 看下面例子:

public class Elementary{ public static void main(String[] args){ System.out.println(12345+5432l); }
}

乍一看, 这很简单, 计算结果时是 6666, 但是打印的结果是 17777, 我开始头晕了, 这很不合理.
思考过后, 发现了一个问题:
我把 “l” 看作是 “1”, “l” 只是用于标识5432是一个long类型, 这个视觉上的错误将会引发更严重的问题.
思考:
小写字母 l 与 1 很容易造成混淆, 为了避免这种错误, 在表示long类型数据的, 要做的就是将 “l” 换做 “L”, 掐断产生混乱的源头.

5.多重类型转换引发的数值变化

看这样的一个例子:

public class Multicast{ public static void main (String[] args){ System.out.println((int)(char)(byte) -1); }
}

看似结果是 -1, 但是运行之后, 结果变为 65535
分析一下:
byte下的-1 => 1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111,1111 32位(4个字节) 首位1表示负号.
byte到char => 变为 0000,0000,1111,1111 16位(2个字节)首位0, 就此负号变正号.
char到int => 变为 0000,0000,0000,0000,0000,0000,1111,1111 32位(4个字节)
由此可见, 在byte到char的变化过程中出现符号转换的问题. char首位总是0使得负号变正号

类型转换的过程存在这样的简单规则:
如果最初的数值类型是有符号的，那么就执行符号扩展；如果它是 char，那么不管它将要被转换成什么类型，都执行零扩展。因此这也就解释了为什么byte到char的过程存在负号变正号.

为了在转换的过程中保留符号, 就使用位掩码进行限制, 例如: char c = (char)(b & 0xff); 这样就能保证符号具有保留

思考:
在对有符号与无符号之间的转换, 一定要注意上面的转换规则, 如果不能确定转换符号是否正确, 那么就避免出现有符号到无符号之间的转换.

6.避免所谓聪明的编程技巧

对于交换两个变量的内容, 在C/C++中存在一种这样的编程技巧:

int x = 1111;
int y = 2;
x^=y^=x^=y;
cout<<x<<" "<<y;

这样一个简单的连续异或就能解决变量的交换问题, 这种写法在很久以前是为了减少临时变量的使用, 所以这种做法在现在也得到了保留.
首先看这样一个问题, 表达式x^=y, 在C/C++的编译器中是先计算出y的值, 然后再获取x的值, 最后再计算表达式. 但在Java中的做法是先获得x的值, 再获得y的值, 最后再计算.
Java的语言规范描述: 操作符的操作数是从左往右求值.
这使得在计算 x^ =y^ =x^ =y表达式中的第二个x的时候是在计算x^ =y之前的值( x的值依旧是1111 ), 并不是x^=y后的值, 这就导致了计算上的错误.
所以在Java中准确的写法是:

y = ( x^=( y^=x ) )^y

思考:
上面的这种写法极其容易引起错误, 程序的可读性受到很大的影响, 所以在写代码的时候要思考一个问题, 除非编译器能确定操作数的运算顺序, 不然不要让编译器去确定操作数的计算顺序, 就比如这样的表达式: x=a[i]+±a[j]++. 很容易导致错误.

7.避免使用混合运算

看如下代码:

public class DosEquis{ public static void main(String[] args){ char x = 'X'; int i = 0; System.out.println(true ? x : 0); System.out.println(false ? i : x); }
}

看似将打印: XX, 但是结果却是X88. 这是一个出乎意料的结果.
思考之后, 将可能得出这样的结论: 出现这样问题的原因是操作数的类型自动提升, char=>int.
但是又有一个问题就是为什么第一个运算不是88. 找其根本原因还是在于条件表达式的运算规则:

A ? B : C
B, C为相同类型, 那么表达式的计算结果就是B, C的类型
B, C不是相同类型的时候, 那么计算结果就按照B的类型(此时B必须是式子中最高类型).此时C的类型就自动上升为式子中最高的类型, 例: false  ? x : i, 输出是0, 而不是0对应的字符.

上面的规则决定了, 将调用哪一个print的重载函数.
这种条件表达式返回值, 很容易受B, C类型影响. 当根据返回值作条件判断的时候, 这种性质也将导致一个严重的问题.
思考:
上面的问题说明了, 在条件表达式中, 最后再后两个操作数使用相同类型的操作数, 以此避免返回值类型不确定的问题, 并且在其他的表达式计算中, 一定要理清楚数值之间的类型转换.

8.发现隐藏的类型转换

在这样的表达式: x += i; 按照平常的理解, 它一定是x = x + i; 可是这样的运算表达式是建立在x与i具有相同的类型的基础上的, 如果当x, i类型不相同的时候, 将会引发一个问题就是精度损失.
就比如:

short x = 0;
int i = 99999;
x += i;

现在的x不是99999, 而是-31073.
当 x += i 的时候, 出现的问题就是i自动转型为short, 此时x的值就不再是99999. 而当你将表达式写为: x = x + i 的时候, 这是一种显式的转型, 自然需要强转操作. 从而避免了隐藏的类型转换.
思考:
复合运算会隐藏出现转型操作, 这种转型操作很有可能出现精度丢失.
所以在进行复合运算的时候, 避免两边的操作数是不同的类型, 防止编译器出现危险的窄化类型, 或者不使用复合运算, 人为进行类型转换.

9.字符串的"+"运算符

看如下代码:

public class LastLaugh{public static void main(String[] args){ System.out.print("H"+"a"); System.out.print('H'+'a'); }
}

由于长期受 “+” 运算符的影响, 上面的代码, 很容易把 ‘H’+‘a’ 也看作是字符串的连接, 这是一种惯性的思考方式.
在 ‘H’+‘a’ 表达式的运算中, 是将 ‘H’, ‘a’, 上升为int, 进行数值运算.
如果想让两个字符连接在一起, 可以采用:

1.使用 StringBuffer/StringBuild 做 append 运算.StringBuild s = "".append('H');
2.使用String s = "" + 'H' +'a'; 使用字符串连接.String s1 = "" + 'H' + 'a';String s2 = 'a' + 'H' + "";System.out.println(s1);System.out.println(s2);注: 避免 s2 的写法, 这样写 'a'+'H' 依旧做 int 的数值运算

思考:
在使用 “+” 运算符一定要注意操作数的类型, 以防止惯性思维导致的运算错误. 在某些场合这种错误有可能是致命性的.

看完字符的 “+” 运算符, 现在再来字符数组的 "+"运算符 :

public class A{ public static void main(String[] args){ String letters = "ABC"; char[] numbers = {'1', '2', '3'}; System.out.println(letters + " easy as " + numbers); }
}

上面的代码, 最终的打印结果不是 ABC easy as 123, 而是ABC easy as [C@16f0472.
如果想到的打印结果是ABC easy as 123, 那么犯的错误还是上面相同的错误.
在打印结果的时候, 首先会进行字符串连接, 当 “easy as” 这个字符串连接 char[] 的时候, 那么调用的是char[] 的toString(), 而系统并没有重写toString(), 所以最后调用的就是Object的toString();
为了修正这样的错误, 给出如下解决方式:

1.使用String.valueOf(number); 转字符串后再进行连接操作.
2.使用System.out.println(number); 调用重载的println(char[] c);

而在C/C++中, char numbers[4] = {‘1’, ‘2’, ‘3’, ‘\0’ }; 代表的就是一个字符串.
思考:
牢记, 数组类型的toString都没有重写, 如果想获得数组中的值, 避免调用数组类型的toString, 或者让系统隐藏调用, 而是直接遍历数组获得其中的值.

10."=="运算符进行比较

问题1:
这里先说明第一个问题, 就是Java中的 “==” 运算符: 在比较基本类型的时候, 是比较基本类型值的关系; 在比较数组, 或者对象的时候是比较对象之间的引用值关系. 但是这里要注意的是:
在比较Integer, Long(本人亲测)这两种的时候, 比较-128~127的时候是从缓存池中拿取数据.

Integer中的equals方法
public boolean equals(Object obj) {if (obj instanceof Integer) {return value == ((Integer)obj).intValue();}return false;}
这个过程中实现的是将Integer拆包，-128~127不需要拆包，可直接使用==比较.
Integer的缓存池-128~127: 自动装箱过程中使用valueOf创建对象,因此直接会使用缓存池中对象.

思考:
这里我想表达的意思就是, 如果要进行对象内容之间的比较, 务必重写equals, 然后使用equals. 还有避免在基本类型与包装类型混合状态的基础上使用 “==”, 就比如 Integer. 这个很容易导致错误.

问题2
当看到这样的代码的时候:

public class AnimalFarm{ public static void main(String[] args){ final String pig = "length: 10"; final String dog = "length: " + pig.length(); System.out. println("Animals are equal: " + pig == dog); }
}

我想去比较pig与dog引用值关系, pig 与 dog 的引用值肯定是相同的, 但是最后的输出结果却是false. 在这里忽略了一个问题, 那就是前面的 “+” 的运算级比 “==” 的运算级高, 看似是比较pig与dog的引用值, 最后却是比较"Animals are equal: length: 10"与dog的引用值关系.
现在给出下面的修正方案:

1.System.out.println("Animals are equal: " + (pig == dog));
2.System.out.println("Animals are equal: " + pig.equals(dog));

思考:
从这里也看出, 比较对象内容的时候, 务必使用已经重载后equals, 除非刻意比较两个对象的引用值, 否则千万别使用"==".

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