[Java SE] 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？

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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(此处我先称之为：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

原来的思路：（存在问题）

Long originIntegerValue = Long.parseLong(binaryString, 2); //将二进制字符串转为Long整型对象(有符号数、容量：8byte/64bit) BigDecimal resolution = new BigDecimal( getResolution().toString() ); BigDecimal calResult = (new BigDecimal(originIntegerValue)).multiply(resolution.stripTrailingZeros()).add(new BigDecimal( getOffset().toString() ));//最终基于浮点数运算

在上面这种极端情况下，第1行代码会报错：(超出了Java Long对象的取值范围)

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)

复习一下： Java Long 型(8Byte / 64Bit)的取值范围

[-2^ 63= -9223372036854775808 , +2^ 63 -1 = 9223372036854775807 ]  [1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000, 0111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111] 即： 10000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 01111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111

解决思路：将二进制字符串转为byte数组，再转为BigInteger大整型数。即可基于BigInteger对象进行整数运算。如果基于进行浮点运算时，可将 BigInteger 大整型数对象再转为 BigDecimal。

BigInteger originIntegerValue= new BigInteger(1, bytes) // 使用字节数组创建BigInteger

【扩展/补充】BigInteger还支持 Long /

new BigDecimal bigDecimal = new BigDecimal(originIntegerValue) //最终，基于bigDecimal进行浮点数运算

1 关键问题的实现过程示例

现在的关键点，转为了：如何将二进制字符串转为BigInteger （转换过程中不能借助Long）
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;     }