JDK之Float源码解析

概述

Java的Float类主要的作用就是对基本类型float进行封装，提供了一些处理float类型的方法，比如float到String类型的转换方法或String类型到float类型的转换方法，当然也包含与其他类型之间的转换方法

java float类型用IEEE754标准规定；

float占用4个字节，包括：

1bit（符号位）：0表示正数，1表示负数；
8bits（指数位）：float的偏移量为2^8 - 1，double的偏移量为2^11 - 1；
23bits（尾数位）：实际尾数部分中的小数点后的数值，规约浮点数使用标准的二进制科学计数法表示，其尾数范围在 [1，2），非规约浮点数的尾数部分范围在（0，1）

示例：

8.25 的 float 表示
整数8的二进制：1000
小数0.25的二进制：.01
8.25整体的二进制：1000.01 → 1.00001 * 2^3
小数点左移 3 位，所以指数部分（3 + 127） = 130，二进制是 10000010
尾数：去掉小数点前面的1，为 00001，补充到 23 位，000 0100 0000 0000 0000 0000
最终 8.25 在内存中存储的二进制是：0100 0001 0000 0100 0000 0000 0000 0000

9.5 的 float 表示
9.5的二进制：1001.1 -> 1.0011 * 2^3
指数位是 （3 + 127）=130，二进制 10000010
尾数是 0011 000000 0000000000 000
最终 9.5 在内存中存储的二进制是：010000010 0011 000000 0000000000 000，和程序打印出来的一致。

类继承关系：

public final class Float extends Number implements Comparable<Float> {
    public static final float POSITIVE_INFINITY = 1.0f / 0.0f; // 正无穷大
    public static final float NEGATIVE_INFINITY = -1.0f / 0.0f; // 负无穷大

    public static final float NaN = 0.0f / 0.0f; // Not a Number(不是数)（输出就是NaN）

    // 指数部分的最大值（指数位的长度1个字节）：127,最小值为-126
    public static final int MAX_EXPONENT = 127;
    public static final int MIN_EXPONENT = -126;

    // 一个float占4个字节（32位）
    public static final int SIZE = 32;
}

说明：这是java的规定，没必要深究为什么1.0/0.0不报错，不过1/0肯定报错

关于IEEE 754

在看Float前需要先了解IEEE 754标准，该标准定义了浮点数的格式还有一些特殊值，它规定了计算机中二进制与十进制浮点数转换的格式及方法。规定了四种表示浮点数值的方法，单精确度（32位）、双精确度（64位）、延伸单精确度（43位以上）与延伸双精确度（79位以上）。多数编程语言支持单精确度和双精确度，这里讨论的Float就是Java的单精确度的实现

类方法： {#类方法}

1.toString(float f):

public String toString() {
    return Float.toString(value);
}
public static String toString(float f) {
    return FloatingDecimal.toJavaFormatString(f);
}

FloatingDecimal：的作用是将float格式化转换，即什么时候用数字显示(位数小于8位),什么时候用指数显示(位数>=8位)
更加详细的在API中有说明

2.toHexString(float f):转成16进制的字符串（用科学计数法表示）

public static String toHexString(float f) {
    if (Math.abs(f) < FloatConsts.MIN_NORMAL
        &&  f != 0.0f ) {// float subnormal
        // Adjust exponent to create subnormal double, then
        // replace subnormal double exponent with subnormal float
        // exponent
        String s = Double.toHexString(Math.scalb((double)f,
                                                 /* -1022+126 */
                                                 DoubleConsts.MIN_EXPONENT-
                                                 FloatConsts.MIN_EXPONENT));
        return s.replaceFirst("p-1022$", "p-126");
    }
    else // double string will be the same as float string
        return Double.toHexString(f);
}

3.两个valueOf():将字符串/浮点数转换成Float类型的对象

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public static Float valueOf(String s) throws NumberFormatException {
    return new Float(parseFloat(s));
}
public static Float valueOf(float f) {
    return new Float(f);
}

4.parseFloat(String s):和valueOf重复了

public static float parseFloat(String s) throws NumberFormatException {
    return FloatingDecimal.parseFloat(s);
}

5.isNaN(float v)：判断是不是一个‘不是数’(NaN和任何东西都不想等，包括他自己)

public static boolean isNaN(float v) {
        return (v != v);
    }

6.isInfinite(float v):判断是不是正无穷或者负无穷（这两个数使计算没有任何意义）

public static boolean isInfinite(float v) {
    return (v == POSITIVE_INFINITY) || (v == NEGATIVE_INFINITY);
}

7.floatToRawIntBits(float value) floatToIntBits(float value) intBitsToFloat(int bits)：

根据 IEEE 754 的浮点“单一形式”中的位布局，返回指定浮点值的表示形式

根据 IEEE 754 的浮点“单一形式”中的位布局，返回指定浮点值的表示形式，并保留非数字 (NaN) 值。

返回对应于给定的位表示形式的 float 值。该参数被认为是符合 IEEE 754 的浮点“单一形式”中的位布局规定的浮点值表示形式

public static native float intBitsToFloat(int bits);
 public static native int floatToRawIntBits(float value);
 public static int floatToIntBits(float value) {
    int result = floatToRawIntBits(value);
    // Check for NaN based on values of bit fields, maximum
    // exponent and nonzero significand.
    if ( ((result & FloatConsts.EXP_BIT_MASK) ==
          FloatConsts.EXP_BIT_MASK) &&
         (result & FloatConsts.SIGNIF_BIT_MASK) != 0)
        result = 0x7fc00000;
    return result;
    }

8.compare(float f1, float f2):比较两个float的大小

public static int compare(float f1, float f2) {
    if (f1 < f2)
        return -1;           // Neither val is NaN, thisVal is smaller
    if (f1 > f2)
        return 1;            // Neither val is NaN, thisVal is larger

    // Cannot use floatToRawIntBits because of possibility of NaNs.
    int thisBits    = Float.floatToIntBits(f1);
    int anotherBits = Float.floatToIntBits(f2);

    return (thisBits == anotherBits ?  0 : // Values are equal
            (thisBits < anotherBits ? -1 : // (-0.0, 0.0) or (!NaN, NaN)
             1));                          // (0.0, -0.0) or (NaN, !NaN)
}

float二进制表示

int i = Float.floatToIntBits(8.25f);
System.out.println(Integer.toBinaryString(i)); // output==>1000001000001000000000000000000

精度损失

看下面的程序：

float f = 2.2f;  
double d = (double) f;  
System.out.println(f);  
System.out.println(d);

打印出来的结果：

2.2
2.200000047683716

为什么会出现这种情况？

对于不能用二进制表示的十进制小数，二进制小数位会进行循环，所以会损失精度。比如下面的语句会输出 true：

System.out.println(2.2f == 2.20000001f);

测试

float num = 4.0f / 0.0f;
System.err.println(num); // java中规定分母不能为0，但是浮点数计算中不抛异常

output==>Infinity