Java数字处理和日期类

一、Math类的常用方法

Java 中的 +、-、*、/ 和 % 等基本算术运算符不能进行更复杂的数学运算，例如，三角函数、对数运算、指数运算等。于是 Java 提供了 Math 工具类来完成这些复杂的运算。
在 Java 中 Math 类封装了常用的数学运算，提供了基本的数学操作，如指数、对数、平方根和三角函数等。Math 类位于 java.lang 包，它的构造方法是 private 的，因此无法创建 Math 类的对象，并且 Math 类中的所有方法都是类方法，可以直接通过类名来调用它们。

1.1.静态常量

Math 类中包含 E 和 PI 两个静态常量，正如它们名字所暗示的，它们的值分别等于 e（自然对数）和 π（圆周率）。案例如下：调用 Math 类的 E 和 PI 两个常量，并将结果输出。代码如下：

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("常量E的值为："+Math.E);
        System.out.println("常量PI的值为："+Math.PI);
    }
}

执行上述代码，输出结果如下：

• 常量E的值为：2.718281828459045
• 常量PI的值为：3.141592653589793

1.2.求最大值、最小值和绝对值

在程序中常见的就是求最大值、最小值和绝对值问题，如果使用 Math 类提供的方法很便捷，如下：

案例：求 5 和 120 的较大值、3.14 和 2.12 的较小值、-2 的绝对值，代码如下：

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("求 5 和 120 的较大值:"+Math.max(2,120));
        System.out.println("求 3.14 和 2.12 的较小值:"+Math.min(3.14,2.12));
        System.out.println("求 -2 的绝对值:"+Math.abs(-2));
    }
}

代码执行后，结果如下：

• 求 5 和 120 的较大值:120
• 求 3.14 和 2.12 的较小值:2.12
• 求 -2 的绝对值:2

1.3.求整运算

Math 类的求整方法有很多

Math 类中取整函数方法的应用：

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入数字：");
        double num = scanner.nextDouble();


        System.out.println("大于或者等于"+num+"的最小整数："+Math.ceil(num));
        System.out.println("小于或者等于"+num+"的最大整数："+Math.floor(num));
        System.out.println("将"+num+"加上0.5之后最接近的整数"+Math.round(num));
        System.out.println("将"+num+"的整数"+Math.rint(num));
    }
}

代码执行如下：

• 大于或者等于3.1415926的最小整数：4.0
• 小于或者等于3.1415926的最大整数：3.0
• 将3.1415926加上0.5之后最接近的整数3
• 将3.1415926的整数3.0

1.4.三角函数运算

Math 类中包含的三角函数方法及其说明如下：

上面每个方法的参数和返回值都是 double 类型，参数以弧度代替角度来实现，其中 1 度等于 π/180 弧度，因此平角就是 π 弧度。

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("90度的正弦值："+Math.sin(Math.PI/2));
        System.out.println("0度的余弦值："+Math.cos(0));
        System.out.println("1的反正切值："+Math.atan(1));
        System.out.println("120度的弧度值："+Math.toRadians(120.0));
    }
}

代码执行结果如：

• 90度的正弦值：1.0
• 0度的余弦值：1.0
• 1的反正切值：0.7853981633974483
• 120度的弧度值：2.0943951023931953

1.5.指数运算

指数的运算包括求方根、取对数及其求 n 次方的运算。在 Math 类中定义的指数运算方法及其说明如下：

使用 Math 类中的方法实现指数的运算，main() 方法中的代码如下：

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("4的立方值："+Math.pow(4,3));
        System.out.println("16的平方根："+Math.sqrt(16));
        System.out.println("10的底2的对数："+Math.log10(2));
    }
}

代码执行如下：

• 4的立方值：64.0
• 16的平方根：4.0
• 10的底2的对数：0.3010299956639812

二、java生成随机数（random()和Random类）

在 Java 中要生成一个指定范围之内的随机数字有两种方法：一种是调用 Math 类的 random() 方法，一种是使用 Random 类。
Random 类提供了丰富的随机数生成方法，可以产生 boolean、int、long、float、byte 数组以及 double 类型的随机数，这是它与 random() 方法最大的不同之处。random() 方法只能产生 double 类型的 0~1 的随机数。
Random 类位于 java.util 包中，该类常用的有如下两个构造方法。

• Random()：这个构造方法使用一个和当前系统时间对应的数字作为种子数，然后使用这个种子数构造 Random 对象。
• Random(long seed)：使用单个 long 类型的参数创建一个新的随机数生成器。

Random 类提供的所有方法生成的随机数字都是均匀分布的，也就是说区间内部的数字生成的概率是均等的，

案例如下：

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();

        double d1 = random.nextDouble();//生成区间[0,1.0]内的小数
        double d2 = random.nextDouble() * 7; //生成区间[0,7.0]内的小数

        int i1 = random.nextInt(10);//生成[0,10]区间的整数
        int i2 = random.nextInt(18)-3;//生成[-3,15]区间的整数

        long l1 = random.nextLong();//生成一个随机长整型值
        boolean b1 = random.nextBoolean();//生成一个随机布尔值
        float f1 = random.nextFloat();//生成一个随机浮点型值
        System.out.println("生成的[0,1.0]区间的小数是：" + d1);
        System.out.println("生成的[0,7.0]区间的小数是：" + d2);
        System.out.println("生成的[0,10]区间的整数是：" + i1);
        System.out.println("生成的[-3,15]区间的整数是：" + i2);
        System.out.println("生成一个随机长整型值：" + l1);
        System.out.println("生成一个随机布尔型值：" + b1);
        System.out.println("生成一个随机浮点型值：" + f1);
        
    }
}

代码执行后结果如下：

• 生成的[0,1.0]区间的小数是：0.3615695314305458
• 生成的[0,7.0]区间的小数是：4.019759738132422
• 生成的[0,10]区间的整数是：4
• 生成的[-3,15]区间的整数是：10
• 生成一个随机长整型值：-3205734793834935172
• 生成一个随机布尔型值：true
• 生成一个随机浮点型值：0.09433818

三、Java数字格式化

数字的格式在解决实际问题时使用非常普遍，这时可以使用 DedmalFormat 类对结果进行格式化处理。例如，将小数位统一成 2 位，不足 2 位的以 0 补齐。
DecimalFormat 是 NumberFormat 的一个子类，用于格式化十进制数字。DecimalFormat 类包含一个模式和一组符号，常用符号的说明如下：

DecimalFormat 类将数字转换成各种格式，案例如下：

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        //实例化DecimalFormat类的对象，指定格式
        DecimalFormat df1 = new DecimalFormat("0.0");
        DecimalFormat df2 = new DecimalFormat("#.#");
        DecimalFormat df3 = new DecimalFormat("000.000");
        DecimalFormat df4 = new DecimalFormat("###.###");

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入一个float类型的数字：");
        float f = scanner.nextFloat();
        
        //对输入的数字使用格式
        System.out.println("0.0 格式："+df1.format(f));
        System.out.println("#.# 格式："+df2.format(f));
        System.out.println("000.000 格式："+df3.format(f));
        System.out.println("###.### 格式："+df4.format(f));
    }
}

代码执行结果如下：

四、Java时间日期的处理：Java Date类、Calendar类

在 Java 中获取当前时间，可以使用 java.util.Date 类和 java.util.Calendar

4.1.Date 类

Date 类表示系统特定的时间戳，可以精确到毫秒。Date 对象表示时间的默认顺序是星期、月、日、小时、分、秒、年。

4.1.1. 构造方法

Date 类有如下两个构造方法。

• Date()：此种形式表示分配 Date 对象并初始化此对象，以表示分配它的时间（精确到毫秒），使用该构造方法创建的对象可以获取本地的当前时间。
• Date(long date)：此种形式表示从 GMT 时间（格林尼治时间）1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒开始经过参数 date 指定的毫秒数。

这两个构造方法的使用示例如下：

public class Test04 {
    public static void main(String[] args) {
        Date d1 = new Date();//调用无参构造器
        System.out.println(d1);//Wed May 31 14:36:45 CST 2023

        Date d2 = new Date(60000);//调用含有一个龙类型参数的有参构造器
        System.out.println(d2); //输出Thu Jan 01 08:01:00 CST 1970
    }
}

注意：

• Date 类的无参数构造方法获取的是系统当前的时间，显示的顺序为星期、月、日、小时、分、秒、年。
• Date 类带 long 类型参数的构造方法获取的是距离 GMT 指定毫秒数的时间，60000 毫秒是一分钟，而 GMT（格林尼治标准时间）与 CST（中央标准时间）相差 8 小时，也就是说 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 GMT 与 1970 年 1 月 1 日 08:00:00 CST 表示的是同一时间。 因此距离 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 CST 一分钟的时间为 1970 年 1 月 1 日 00:01:00 CST，即使用 Date 对象表示为 Thu Jan 01 08:01:00 CST 1970。

4.1.2. 常用方法

Date 类提供了许多与日期和事件相关的方法，如下：

案例代码如下：

public class Test04 {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        long time = date.getTime();
        System.out.println("返回自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 GMT 以来到现在度过的秒数："+time);

        Date d1 = new Date(2018, 11, 12);
        Date d2 = new Date(2015, 12, 12);

        boolean after = d1.after(d2);
        System.out.println("判断d1是否在d2指定日期之后:"+after);//true

        boolean before = d1.before(d2);
        System.out.println("判断d1是否在d2指定日期之前:"+before);//false

        int i = d1.compareTo(d2);
        System.out.println("比较d1和d2两个日期的顺序："+i);//返回1或者-1，这里返回-1

        boolean equals = d1.equals(d2);
        System.out.println("比较d1和d2两个日期的是否相等："+equals);

    }
}

执行后结果如下：

• 返回自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 GMT 以来到现在度过的秒数：1685517952883
• 判断d1是否在d2指定日期之后:true
• 判断d1是否在d2指定日期之前:false
• 比较d1和d2两个日期的顺序：1
• 比较d1和d2两个日期的是否相等：false

4.2.Calendar 类

Calendar 类是一个抽象类，它为特定瞬间与 YEAR、MONTH、DAY_OF—MONTH、HOUR 等日历字段之间的转换提供了一些方法，并为操作日历字段（如获得下星期的日期） 提供了一些方法。
创建 Calendar 对象不能使用 new 关键字，因为 Calendar 类是一个抽象类，但是它提供了一个 getInstance() 方法来获得 Calendar类的对象。getInstance() 方法返回一个 Calendar 对象，其日历字段已由当前日期和时间初始化。

Calendar calendar = Calendar.getInstance();

当创建了一个 Calendar 对象后，就可以通过 Calendar 对象中的一些方法来处理日期、时间。Calendar 类的常用方法如表 2 所示。

Calendar 对象可以调用 set() 方法将日历翻到任何一个时间，当参数 year 取负数时表示公元前。Calendar 对象调用 get() 方法可以获取有关年、月、日等时间信息，参数 field 的有效值由 Calendar 静态常量指定。
Calendar 类中定义了许多常量，分别表示不同的意义。

• Calendar.YEAR：年份。
• Calendar.MONTH：月份。
• Calendar.DATE：日期。
• Calendar.DAY_OF_MONTH：日期，和上面的字段意义完全相同。
• Calendar.HOUR：12小时制的小时。
• Calendar.HOUR_OF_DAY：24 小时制的小时。
• Calendar.MINUTE：分钟。
• Calendar.SECOND：秒。
• Calendar.DAY_OF_WEEK：星期几。

例如，获取当前年、月、日可用如下代码：

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        //获取年份
        System.out.println(calendar.get(Calendar.YEAR));

        //获取月份
        System.out.println(calendar.get(Calendar.MONTH));

        //获取日期
        System.out.println(calendar.get(Calendar.DATE));
    }
}

如果整型变量 month 的值是 0，表示当前日历是在 1 月份；如果值是 11，则表示当前日历在 12 月份。

使用 Calendar 类处理日期时间的实例如下：

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();

        calendar.setTime(new Date());//将当前系统时间赋值给Calendar对象

        System.out.println("现在时间："+calendar.getTime());//获取当前时间

        int year = calendar.get(calendar.YEAR);//获取年份
        System.out.println("年份是："+year);

        int month = calendar.get(calendar.MONTH);//获取月份
        System.out.println("月份是："+month);

        int data = calendar.get(calendar.DATE);//获取日
        System.out.println("日是："+data);

        int week = calendar.get(Calendar.DAY_OF_WEEK) - 1;//获取今天星期几（星期日为第一天）
        System.out.println(week);

        int hour = calendar.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); // 获取当前小时数（24 小时制）
        System.out.print(hour + "时");

        int minute = calendar.get(Calendar.MINUTE); // 获取当前分钟
        System.out.print(minute + "分");

        int second = calendar.get(Calendar.SECOND); // 获取当前秒数
        System.out.print(second + "秒");

        int millisecond = calendar.get(Calendar.MILLISECOND); // 获取毫秒数
        System.out.print(millisecond + "毫秒");

        int dayOfMonth = calendar.get(Calendar.DAY_OF_MONTH); // 获取今天是本月第几天
        System.out.println("今天是本月的第 " + dayOfMonth + " 天");

        int dayOfWeekInMonth = calendar.get(Calendar.DAY_OF_WEEK_IN_MONTH); // 获取今天是本月第几周
        System.out.println("今天是本月第 " + dayOfWeekInMonth + " 周");

        int many = calendar.get(Calendar.DAY_OF_YEAR); // 获取今天是今年第几天
        System.out.println("今天是今年第 " + many + " 天");

        Calendar c = Calendar.getInstance();
        c.set(2022, 8, 8); // 设置年月日，时分秒将默认采用当前值
        System.out.println("设置日期为 2022-8-8 后的时间：" + c.getTime()); // 输出时间
    }
}

五、Java日期格式化（DateFormat类和SimpleDateFormat类）

格式化日期表示将日期/时间格式转换为预先定义的日期/时间格式。例如将日期“Fri May 18 15:46:24 CST2018” 格式转换为 “2018-5-18 15:46:24 星期五”的格式。
在 Java 中，可以使用 DateFormat 类和 SimpleDateFormat 类来格式化日期，下面详细介绍这两个格式化日期类的使用。

5.1.DateFormat 类

DateFormat 是日期/时间格式化子类的抽象类，它以与语言无关的方式格式化并解析日期或时间。日期/时间格式化子类（如 SimpleDateFormat）允许进行格式化（也就是日期→文本）、解析（文本→日期）和标准化日期。
在创建 DateFormat 对象时不能使用 new 关键字，而应该使用 DateFormat 类中的静态方法 getDateInstance()，示例代码如下：

DateFormat df = DateFormat.getDatelnstance();

在创建一个 DateFormat 对象后，可以调用该对象中的方法来对日期/时间进行格式化。DateFormat 类中常用方法如下：

格式化样式主要通过 DateFormat 常量设置。将不同的常量传入到表 1 所示的方法中，以控制结果的长度。DateFormat 类的常量如下。

• SHORT：完全为数字，如 12.5.10 或 5:30pm。
• MEDIUM：较长，如 May 10，2016。
• LONG：更长，如 May 12，2019 或 11:15:32am。
• FULL：是完全指定，如 Tuesday、May 10、2018 AD 或 11:l5:42am CST。

public class Test06 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取不同格式化风格和中国的时间日期
        DateFormat df1 = DateFormat.getDateInstance(DateFormat.SHORT, Locale.CHINA);
        DateFormat df2 = DateFormat.getDateInstance(DateFormat.MEDIUM, Locale.CHINA);
        DateFormat df3 = DateFormat.getDateInstance(DateFormat.LONG, Locale.CHINA);
        DateFormat df4 = DateFormat.getDateInstance(DateFormat.FULL, Locale.CHINA);

        //将不同格式化风格的时间格式化为时间字符串
        String format1 = df1.format(new Date());
        String format2 = df2.format(new Date());
        String format3 = df3.format(new Date());
        String format4 = df4.format(new Date());

        //输出日期
        System.out.println("SHORT："+format1); //23-5-31
        System.out.println("MEDIUM："+format2);//2023-5-31
        System.out.println("LONG："+format3);//2023年5月31日
        System.out.println("FULL："+format4);//2023年5月31日 星期三

    }
}

输出结果如下：

• SHORT：23-5-31
• MEDIUM：2023-5-31
• LONG：2023年5月31日
• FULL：2023年5月31日 星期三

5.2.SimpleDateFormat 类

如果使用 DateFormat 类格式化日期/时间并不能满足要求，那么就需要使用 DateFormat 类的子类——SimpleDateFormat。
SimpleDateFormat 是一个以与语言环境有关的方式来格式化和解析日期的具体类，它允许进行格式化（日期→文本）、解析（文本→日期）和规范化。SimpleDateFormat 使得可以选择任何用户定义的日期/时间格式的模式。
SimpleDateFormat 类主要有如下 3 种构造方法。

• SimpleDateFormat()：用默认的格式和默认的语言环境构造 SimpleDateFormat。
• SimpleDateFormat(String pattern)：用指定的格式和默认的语言环境构造 SimpleDateF ormat。
• SimpleDateFormat(String pattern,Locale locale)：用指定的格式和指定的语言环境构造 SimpleDateF ormat。

SimpleDateFormat 自定义格式中常用的字母及含义如下：

 案例如下：

public class Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();//创建一个Date对象，获取当前时间
        //指定格式。然后进行格式化处理
        SimpleDateFormat f = new SimpleDateFormat("今天是"+"yyyy 年 MM 月 dd 日 HH点 mm 分 ss 秒");
        System.out.println(f.format(date));
    }
}