0 问题描述
- 经典问题：超出Java Long型(8字节/64位)的二进制比特流数据如何进行大数的数值计算？
近期工作上遇到了这个问题：需要将一个无符号数、且位长
>=8字节（等于8字节时，首位bit为1，其他bit不全为0）的二进制字符串转为Java****对象(原始整数)，进行整型运算、或浮点数运算浮点运算的思路：result = 原始整数 * 精度 + 偏移量
- 解决思路：将二进制字符串转为byte数组，再转为BigInteger大整型数。如果基于进行浮点运算时，可将 BigInteger 大整型数对象再转为 BigDecimal。
new BigDecimal v = new BigDecimal(new BigInteger(xxx))
1 解决过程示例
- 二进制数据："1100000001000000110010110000000000000000000000000000000000000000" （需考虑————情况1：作为有符号数；情况2：作为无符号数）
16进制：
0xc040cb0000000000L
11000000
01000000
11001011
00000000
00000000
00000000
00000000
00000000
1.1 测试用例1：无符号数、且位长>=8字节（等于8字节时，首位bit为1，其他bit不全为0）的情况
/** 针对 长度为 64 bit、无符号数 的CAN信号，且第1位为1的情况 ：使用 BigInteger
* @description Java中没有内置的无符号8字节整数类型，但是可以使用 `java.math.BigInteger` 类来处理任意大的整数值，包括无符号整数
* @refernce-doc
**/
public static void unsigned8BytesDataTest(){
// 一个8字节的无符号整数
long longValue = 0xc040cb0000000000L; //0x10000000000000000L;
String longStr = "c040cb0000000000";//canFrameContent
// 转为二进制字符串
String binStr = BytesUtil.hexStringToBinaryString(longStr);
System.out.println("binStr: " + binStr);//1100000001000000110010110000000000000000000000000000000000000000
// 将无符号长整数转换为 BigInteger | 方式1: BigInteger
BigInteger value = toUnsignedBigInteger(longValue);
System.out.println("value : " + value);//1385 3295 6546 5208 4224
//二进制字符串转Java数据对象 | 测验 Long.parseLong(binStr , 2) | 若没有报错，则说明OK
BigInteger value2 = toUnsignedBigInteger(binStr);
System.out.println("value2 : " + value2);//1385 3295 6546 5208 4224
//二进制字符串转Java数据对象 | 测验 Long.parseLong(binStr , 2) | 若没有报错，则说明OK
Long value3 = Long.parseLong(binStr, 2);
System.out.println("value3 : " + value3);//报错信息如下
// Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "1100000001000000110010110000000000000000000000000000000000000000"
// at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
// at java.lang.Long.parseLong(Long.java:592)
// at ParseTest.unsigned8BytesDataTest(ParseTest.java:213)
// at ParseTest.main(ParseTest.java:29)
}
1.2 测试用例2：有符号数、且位长>=8字节（等于8字节时，首位bit为1，其他bit不全为0）的情况
/**
* 有符号数、8字节
* 最终目标: 二进制字符串 转 Java 数据对象
*/
public static void signed8BytesDataTest(){
// 一个8字节的无符号整数
long longValue = 0xc040cb0000000000L; //0x10000000000000000L;
String longStr = "c040cb0000000000";//canFrameContent
// 转为二进制字符串
String binStr = BytesUtil.hexStringToBinaryString(longStr);
System.out.println("binStr: " + binStr);//1100000001000000110010110000000000000000000000000000000000000000
// 将有符号长整数转换为 BigInteger | 方式1: BigInteger
BigInteger value = toUnsignedBigInteger(longValue);
System.out.println("value : " + value);//-459 3448 4190 5746 7392
//二进制字符串转Java数据对象 | 测验 Long.parseLong(binStr , 2) | 若没有报错，则说明OK
BigInteger value2 = toUnsignedBigInteger(binStr);
System.out.println("value2 : " + value2);//1385 3295 6546 5208 4224
//二进制字符串转Java数据对象 | 测验 Long.parseLong(binStr , 2) | 若没有报错，则说明OK
Long value3 = Long.parseLong(binStr, 2);
System.out.println("value3 : " + value3);//报错信息如下
// Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "1100000001000000110010110000000000000000000000000000000000000000"
// at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)
// at java.lang.Long.parseLong(Long.java:592)
// at ParseTest.signed8BytesDataTest(ParseTest.java:241)
// at ParseTest.main(ParseTest.java:30)
}
1.X 工具方法
toUnsignedBigInteger(long unsignedLong/String binStr)
private static BigInteger toUnsignedBigInteger(long unsignedLong) {
// 将无符号的8字节长整数转换为字节数组
byte[] bytes = ByteBuffer.allocate(8).putLong(unsignedLong).array();
// 使用字节数组创建BigInteger
return new BigInteger(1, bytes);
}
/** 二进制字符串 **/
private static BigInteger toUnsignedBigInteger(String binStr) {
byte[] bytes = null;
try {
// 将无符号的8字节长整数转换为字节数组
bytes = BytesUtil.binaryStringToBinaryArray(binStr);
} catch (Exception exception) {
log.error("Fail to convert as big integer!binStr : {}, exception : {}", binStr, exception);
}
// 使用字节数组创建BigInteger
return new BigInteger(1, bytes);
}
binaryStringToBinaryArray(binStr)
/**
* 二进制字符串转二进制数组
* @param binaryString
* @return
*/
public static byte[] binaryStringToBinaryArray(String binaryString) {
if(ObjectUtils.isEmpty(binaryString)){
throw new RuntimeException("Fail to convert binary array cause by the empty binary string! binaryString : " + binaryString);
}
if(binaryString.length() %8 != 0){//不是8的倍数
throw new RuntimeException("Fail to convert binary array cause that the binary string is not a multiple of 8! binaryString : " + binaryString);
}
// char [] charArray = binaryString.toCharArray() // string 内部由 2个字节的char组成的 char 数组 , 故: 这种转换做法有风险
// byte [] binaryArray = new byte [ binaryString.length() ];
// for (int i = 0; i < charArray.length; i ++) {
// //binaryArray[i] = (byte)charArray[i]; // java char 占用 : 2个字节 ; java byte 占用 1个字节 => 这种做法不正确
// binaryArray[i]
// }
int byteSize = binaryString.length()/8;
byte[] binaryArray = new byte[byteSize];
for (int i = 0; i < byteSize; i ++) {
String byteBinaryStr = binaryString.substring(i*8, i*8 + 8);//sample "01001000"
binaryArray[i] = binaryStringToByte(byteBinaryStr);
}
return binaryArray;
}