Java：无符号数

Question

在 Java 中有没有办法像在 (My)SQL 中一样使用无符号数？

例如：我想使用一个 8 位变量 (byte)，其范围如下：0 ... 256;而不是-128 ... 127。

Answer 1

不，除了char（有效值为 0-65535）之外，Java 没有任何无符号原始类型。这很痛苦（尤其是byte），但就是这样。

通常，您要么坚持使用相同的大小，然后将“高”数字溢出为负数，或者使用更宽的类型（例如，byte 使用更宽的类型（例如，byte）并应对额外的内存需求。

Answer 2

您可以使用类来模拟无符号数。例如

public class UInt8 implements Comparable<UInt8>,Serializable
   {
   public static final short MAX_VALUE=255;
   public static final short MIN_VALUE=0;
   private short storage;//internal storage in a int 16

   public UInt8(short value)
      {
      if(value<MIN_VALUE || value>MAX_VALUE) throw new IllegalArgumentException();
      this.storage=value;
      }

   public byte toByte()
      {
      //play with the shift operator ! << 
      }
  //etc...
   }

Answer 3

大多数情况下，您可以像使用无符号数一样使用有符号数。大多数操作保持不变，有些需要修改。见this post。

Answer 4

在内部，您不应该使用较小的值 - 只需使用 int。据我了解，使用较小的单位只会减慢速度。它不会节省内存，因为 Java 在内部使用系统的字大小来存储所有存储（它不会打包字）。

但是，如果您使用较小尺寸的存储单元，则必须为每个操作屏蔽它们或进行范围检查或其他操作。

有没有注意到 char（任何操作）char 产生一个 int？他们只是真的不希望您使用这些其他类型。

例外情况是数组（我相信它会被打包）和 I/O，您可能会发现使用较小的类型很有用...但屏蔽也可以。

Answer 5

不，你不能改变它。如果您需要大于 127 的内容，请选择大于一个字节的内容。

Answer 6

如果您需要优化存储（例如大矩阵），您可以使用负数编码更大的正数，以节省空间。然后，您必须在需要时移动数值以获得实际值。例如，我只想处理短的正数。这在 Java 中是如何实现的：

        short n = 32767;
        n = (short) (n + 10);
        System.out.println(n);     
        int m = (int) (n>=0?n:n+65536); 
        System.out.println(m);

所以当一个短整数超出范围时，它变成负数。但是，至少您可以将这个数字存储在 16 位中，并通过添加移位值（可以编码的不同值的数量）来恢复其正确值。该值应该以更大的类型（在我们的例子中为 int）恢复。这可能不是很方便，但我发现在我的情况下是如此。

Answer 7

我对 Java 和编程很陌生。 然而，我最近遇到了同样的情况，需要无符号值。

我花了大约两周的时间来编写我想到的所有内容，但我完全是个菜鸟，所以你可以花更少的钱。

总体思路是创建接口，我将其命名为：UnsignedNumber<Base, Shifted>，并在实现抽象 AbstractUnsigned<Base, Shifted, Impl extends AbstractUnsigned<Base, Shifted, Impl>> 类的同时扩展 Number.class。

所以，Base 参数化类型代表基本类型，Shifted 代表实际 Java 类型。 Impl 是实现这个抽象类的快捷方式。

大部分时间都消耗 Java 8 Lambda 的样板文件以及内部私有类和安全程序。重要的是在减法或负加法等数学运算产生零极限时实现无符号行为：向后溢出有符号上限。

最后，又花了几天时间编写工厂和实现子类。

到目前为止，我知道： UByte 和 MUByte UShort 和 MUShort UInt 和 MUInt ...等

它们是 AbstractUnsigned 的后代： UByte 或 MUByte 扩展 AbstractUnsigned<Byte, Short, UByte> 或 AbstractUnsigned<Byte, Short, MUByte> UShort 或 MUShort 扩展 AbstractUnsigned<Short, Integer, UShort> 或 AbstractUnsigned<Short, Integer, MUShort> ...等等。

一般的想法是将无符号上限作为移位（强制转换）类型和负值的代码转置，因为它们不是来自零，而是来自无符号上限。

更新： （感谢Ajeans 友善和礼貌的指导）

/**
* Adds value to the current number and returns either
* new or this {@linkplain UnsignedNumber} instance based on
* {@linkplain #isImmutable()}
*
* @param value value to add to the current value
* @return new or same instance
* @see #isImmutable()
*/
public Impl plus(N value) {
    return updater(number.plus(convert(value)));
}

这是AbstractUnsigned<N, Shifted, Impl>的一个外部可访问的方法（或者正如之前所说的AbstractUnsigned<Base, Shifted, Impl>）； 现在，到引擎盖下的工作：

private Impl updater(Shifted invalidated){
    if(mutable){
        number.setShifted(invalidated);
        return caster.apply(this);
    } else {
        return shiftedConstructor.apply(invalidated);
    }
}

在上述私有方法中mutable 是AbstractUnsigned 的private final boolean。 number 是负责将Base 转换为Shifted 的内部私有类之一，反之亦然。 与之前的“我去年夏天所做的部分”相对应的重要事项 是两个内部对象：caster 和shiftedConstructor：

final private Function<UnsignedNumber<N, Shifted>, Impl> caster;
final private Function<Shifted, Impl> shiftedConstructor;

如果AbstractUnsigned<> 的当前实现实例不可变，这些是将N（或Base）转换为Shifted 或创建新的Impl 实例的参数化函数。

Shifted plus(Shifted value){
    return spawnBelowZero.apply(summing.apply(shifted, value));
}

在这个片段中显示了number 对象的添加方法。这个想法是始终在内部使用Shifted，因为不确定何时会产生“原始”类型的正限制。 shifted 是一个内部参数化字段，它承载整个AbstractUnsigned<> 的值。另外两个Function<>派生对象如下：

final private BinaryOperator<Shifted> summing;
final private UnaryOperator<Shifted> spawnBelowZero;

前者执行两个Shifted 值的相加。后者在零转置以下执行产卵。

现在是来自AbstractUnsigned<Byte, Short> 的工厂样板“地狱”之一的示例，专门针对前面提到的spawnBelowZero UnaryOperator<Shifted>：

...,
         v-> v >= 0
         ? v
         : (short) (Math.abs(Byte.MIN_VALUE) + Byte.MAX_VALUE + 2 + v),
...

如果Shifted v 是肯定的，则不会真正发生任何事情，并且会返回原始值。否则：需要计算Base 类型的上限Byte，并将该值加起来为负v。如果，比方说，v == -8，那么Math.abs(Byte.MIN_VALUE) 将产生128 和Byte.MAX_VALUE 将产生127，它给出255 + 1 来获得被符号位削减的原始上限，因为我明白了，那么令人向往的256 就在那儿。但是第一个负值是实际上是256，这就是为什么再次+1 或总共+2。最后，255 + 2 + v 即-8 给出255 + 2 + (-8) 和249

或者以更直观的方式：

0 1 2 3 ... 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256
                             -8  -7  -6  -5  -4  -3  -2  -1

最后确定一下：这绝对不会减轻您的工作或节省内存字节，但在需要时您有一个非常理想的行为。您几乎可以将此行为与任何其他 Number.class 子类一起使用。 AbstractUnsigned 是 Number.class 的子类，它本身提供了所有方便的方法和常量 类似于其他“本机”Number.class 子类，包括MIN_VALUE 和MAX_VALUE 等等，例如，我为可变子类编写了便捷方法makeDivisibileBy(Number n)，它执行value - (value % n) 的最简单操作。

我最初的努力是为了证明即使是像我这样的菜鸟也可以编写代码。在编写该类代码时，我最初的努力是获得方便的多功能工具以供持续使用。