Java 中的溢出和下溢

2024年9月10日 | 阅读 6 分钟

在 Java 中，溢出可以定义为一种情况，当对数值数据类型执行的算术运算产生的结果超过该特定数据类型的范围时。Java 支持各种数值数据类型，包括整数（byte、short、int、long）和浮点数（float、double）。

而 Java 中的下溢可以定义为一种情况，当对数值数据类型执行的算术运算产生的结果小于该数据类型的最小值时。

让我们在接下来的几行中详细了解溢出和下溢。

Java 中的溢出

如前所述，Java 中的溢出可以定义为一种情况，当对数值数据类型执行的算术运算产生的结果超过该特定数据类型的范围时。让我们详细了解一下溢出。

1. 整数溢出

Java 使用固定数量的位来表示整数数据类型的值。例如，Java 使用 32 位来表示一个int变量。而 Java 中有符号整数的表示范围可以定义为从Integer.MIN_VALUE到Integer.MAX_VALUE。

当算术运算产生的结果大小超过可表示的最大值 (Integer.MAX_VALUE) 时，Java 中就会发生整数溢出。

文件名：IntegerOverFlowExample.java

// Java program to demonstrate the Integer Overflow condition in Java.
import java.util.*;
import java.io.*;
public class IntegerOverFlowExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Declaring an int variable and assigning the value of Maximum Integer Value to it.
        int max_Integer = Integer.MAX_VALUE;
        // For acheiving the Integer Overflow condition, adding 1 value to the int variable.
        // int variable cannot store above the Integer.MAX_VALUE, so it will cause Integer Overflow.
        int overflow_Integer = max_Integer + 1;

        // Printing the values stored in original and overflowed int variables.
        System.out.print("MAXIMUM VALUED INTEGER: ");
        System.out.println(max_Integer);
        System.out.print("OVERFLOW INTEGER Value: ");
        System.out.println(overflow_Integer);
    }
}

输出

MAXIMUM VALUED INTEGER: 2147483647
OVERFLOW INTEGER Value: -2147483648

2. Long 溢出

就像整型变量一样，long 变量在 Java 中也有一个表示范围，介于Long.MIN_VALUE到Long.MAX_VALUE之间。

与整数溢出类似，当 long 变量的算术运算产生的结果大小超过可表示的最大值 (Long.MAX_VALUE) 时，或者小于可表示的最小值 (Long.MIN_VALUE) 时，Java 中就会发生Long 溢出。

文件名：LongOverflowExample.java

// Java program for demonstrating the occurence of Long Overflow in Java
import java.util.Scanner;
public class LongOverflowExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Long Overflow in Java");
        // Declaration and initialization of long variable with maximum value of Long.
        long maxLong = Long.MAX_VALUE;
        // Taking input from user for addition of value to maximum value.
        System.out.print("Input the value to be added to Long variable ");
        long newValue = getUserInputLong(sc);
        // Trying to Overflow the long variable by adding
        try {
            long result = Math.addExact(maxLong, newValue);
            // Printing the original Long max value variable.
            System.out.println("Maximum Valued Long Value: " + maxLong);
            // Printing the result.
            System.out.println("Result: " + result);
        } catch (ArithmeticException e) {
            // Exception Handling regarding Overflow situation
            System.out.println("Long Overflow occurred! Result cannot be Displayed.");
        }

        sc.close();
    }
    private static long getUserInputLong(Scanner sc) {
        while (!sc.hasNextLong()) {
            System.out.println("Invalid input. Enter a long integer.");
            sc.next();
        }
        return sc.nextLong();
    }
}

输出

Long Overflow in Java
Input the value to be added to Long variable:
12321321
Long Overflow occurred! Result cannot be Displayed.

3. 浮点溢出

就像整型变量一样，浮点变量在 Java 中也有一个表示范围，介于Float.MIN_VALUE到Float.MAX_VALUE之间。

与整数溢出类似，当浮点变量的算术运算产生的结果大小超过可表示的最大值 (Float.MAX_VALUE) 时，或者小于可表示的最小值 (Float.MIN_VALUE) 时，Java 中就会发生Float 溢出。

文件名：FloatOverflowExample.java

// Java program for demonstrating Floating-point overflow in Java
import java.util.Scanner;
public class FloatOverflowExample {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("Demonstration of Floating-point Overflow in Java");
        // Declaration and assignment of maximum float value to a float variable.
        float max_Float = Float.MAX_VALUE;
        // Taking input from user and that value gets multiplied by maximum float value.
        System.out.print("Input a float value to multiply the maximum float value: ");
        float userFloat = getInput(sc);
        // Trying to Float overflow by multiplying user input with maximum float value.
        float float_Overflow = max_Float * userFloat;
        // Printing the original maximum float value.
        System.out.println("Maximum Float Value: " + max_Float);
        // Printing the float overflowed Value.
        System.out.println("Overflowed Float Value: " + float_Overflow);
        sc.close();
    }
    private static float getInput(Scanner sc) {
        while (!sc.hasNextFloat()) {
            System.out.println("Invalid input. Please Input a float value.");
            sc.next();
        }
        return sc.nextFloat();
    }
}

输出

Demonstration of Floating-point Overflow in Java
Input a float value to multiply the maximum float value: 1.2651651651
Maximum Float Value: 3.4028235E38
Overflowed Float Value: Infinity

Java 中的下溢

在 Java 中，下溢可以定义为一种场景，其中对数值数据类型执行的算术运算产生的结果小于该数据类型的最小值。让我们了解一下 Java 中下溢的类型。

1. 整数下溢

如前所述，Java 使用固定数量的位来表示整数数据类型的值。例如，Java 使用 32 位来表示一个int变量。而 Java 中有符号整数的表示范围可以定义为从Integer.MIN_VALUE到Integer.MAX_VALUE。

当算术运算产生的结果大小小于可表示的最小值 (Integer.MIN_VALUE) 时，Java 中就会发生整数下溢。

文件名：IntegerUnderflowExapmle.java

// Java program for demonstrating the Integer underflow situation in Java.
import java.util.*;
import java.io.*;
public class IntegerUnderflowExapmle {
    public static void main(String[] args) {
        // Declaring and initializing and integer variable with the minimum integer
        // value.
        int minimum_Int = Integer.MIN_VALUE;
     // Trying to underflow the int variable by subtracting the minimum value with 1.
        int underFlowInt = minimum_Int - 1;
        // Printing the minimum integer value.
        System.out.println("Minimum Integer Value: " + minimum_Int);
        // Printing the underflowed integer value.
        System.out.println("Underflowed Integer Value: " + underFlowInt);
        System.out.println("Explanation: In 2's complement representation, integer underflow wraps around.");
    }
}

输出

Minimum Integer Value: -2147483648
Underflowed Integer Value: 2147483647
Explanation: In 2's complement representation, integer underflow wraps around.

2. Long 下溢

当 long 算术运算产生的结果大小小于可表示的最小值 (Long.MIN_VALUE) 时，Java 中就会发生Long 下溢。

文件名：LongUnderFlowExample.java

// Java program for demonstrating the long underflow situation in Java.
import java.util.*;
import java.io.*;
public class LongUnderFlowExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Declaring and initializing and long variable with the minimum integer
        // value.
        long minimumLong = Long.MIN_VALUE;
  // Trying to underflow the long variable by subtracting the minimum value with
        // 1.
        long Underflowed_long = minimumLong - 1;
        // Printing the minimum long value.
        System.out.println("Minimum Long Value: " + minimumLong);
        // Printing the underflowed long value.
        System.out.println("Underflowed Long Value: " + Underflowed_long);
        System.out.println("Explanation: In 2's complement representation, long underflow wraps around.");
    }
}

输出

Minimum Long Value: -9223372036854775808
Underflowed Long Value: 9223372036854775807
Explanation: In 2's complement representation, long underflow wraps around.

3. 浮点下溢

就像整型变量一样，浮点变量在 Java 中也有一个表示范围，介于Float.MIN_VALUE到Float.MAX_VALUE之间。

与整数下溢类似，当浮点变量的算术运算产生的结果大小小于可表示的最小值 (Float.MIN_VALUE) 时，Java 中就会发生Float 下溢。

文件名：FloatingPointUnderflow.java

/* Java program for demonstrating the long underflow situation in Java. */
import java.util.*;
import java.io.*;
public class FloatingPointUnderflow {
    public static void main(String[] args) {
        // Declaring and initializing and float variable with the minimum integer
        // value.        
        float minFloat = Float.MIN_NORMAL;
        // Trying to underflow the float variable by dividing the minimum value with user input.
        System.out.print("Input a float value to divide the minimum float: ");
        float floatDivide = getFloatInput();
        // Trying to underflow the int variable by subtracting the minimum value with 1.
        float underFlowedFlaot = minFloat / floatDivide;
        // Printing the minimum float value.
        System.out.println("Minimum Floating-point Value: " + minFloat);
        // Printing the underflowed float value.
        System.out.println("Underflowed Value: " + underFlowedFlaot);
    }
    private static float getFloatInput() {
        java.util.Scanner sc = new java.util.Scanner(System.in);
        float userInput = sc.nextFloat();
        sc.close();
        return userInput;
    }
}

输出

Input a float value to divide the minimum float: 1.5265
Minimum Floating-point Value: 1.17549435E-38
Underflowed Value: 7.700585E-39

下一主题Java 中的填充

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Java 中的溢出

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