如何使用 BigInteger 类在 Java 中实现无符号 64 位 int？答案

【问题标题】：How to implement an unsigned 64-bit int in Java using BigInteger class?如何使用 BigInteger 类在 Java 中实现无符号 64 位 int？
【发布时间】：2010-10-20 12:40:33
【问题描述】：

我正在寻找一种容量为 0 到 2^64 - 1 的数据类型。我们知道 Java 不支持“无符号”禁止字符数据类型。

BigInteger 类允许创建长数据类型无法支持的更大数字。但我不确定 BigInteger 类将如何服务于我的目的。 BigInteger 类只允许通过构造函数进行赋值。我看到以下可能性，但它会生成一个随机数。

BigInteger(int numBits, Random rnd) 
Constructs a randomly generated BigInteger, uniformly distributed over the range 0 to (2^numBits - 1), inclusive.

我看不到任何 setValue(x) 类型的 API 可以让我为这个 BigInteger 选择我自己的值。如何使用 BigInteger 类来实现这一点，或者还有其他方法吗？请发布代码示例。

PS：某人here发的问题没有实现细节。

【问题讨论】：

您能否明确说明您需要该数据类型的确切原因以及您想用它做什么？可能有一些方法可以简化问题...
C++ 支持这样的数据类型。我正在与 C++ 交互，并认为在 Java 端也有类似的数据类型会更好，而不是必须在 C++ 端操作数据并进行转换。
对于另一种方法，请在此处查看我的答案：stackoverflow.com/questions/508630/…

标签： java types

【解决方案1】：

要将 uint64 输入到 BigInteger，您可以使用接受字节数组和符号的构造函数：

public static BigInteger bigIntegerFromUInt64(long uint64) {
  if (uint64 < 0) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(Long.BYTES);
    buffer.putLong(uint64);
    byte[] uint64Bytes = buffer.array();

    return new BigInteger(/* signum */ 1, uint64Bytes);
  } else {
    return BigInteger.valueOf(uint64);
  }
}

【讨论】：

【解决方案2】：

在 Java SE 8 及更高版本中，您可以使用 long 数据类型来表示无符号的 64 位 long，其最小值为 0，最大值为 2^64-1。

【讨论】：

在此答案中添加代码示例或指向某些文档的链接会非常有帮助。
docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Long.html - 注意新功能...compareUnsigned 等等...这也暗示了 Peter Lawrey 在他的答案和 cmets 中所说的话。

【解决方案3】：

您通常可以像使用无符号一样使用 Java 的有符号数字数据类型。

请参阅old answer，了解 Java 中的已签名与未签名。

【讨论】：

【解决方案4】：

您可以将值 0 到 2^64-1 存储在长值中。

许多操作按预期工作，但大多数 API 和一些操作仅在假定已签名操作时工作，但也有解决方法。

不过，使用 BigInteger 可能更容易理解。 ;)

【讨论】：

long 支持 -2^63 到 (2^63)-1，因为第一位是符号位。我想要 unsigned long ，其范围为 0 到 (2^64)-1。我想要的不是 2^(64-1)。它是 (2^64)-1。
我相信区别取决于你。如果你使用+、-、^、&、|、>>、~你会发现结果是无法区分的。如果您调用 Long.toHexString(long) 它不会打印负数。

【解决方案5】：

您可能想要创建一个封装 BigInteger 的 UInt64 类；您还可以检查每个操作（add、mul 等）是否返回一个无符号的 64 位 BigInteger；模拟溢出可能很棘手

class UInt64 {

    private final BigInteger value;

    private UInt64(BigInteger aValue) {
         // method to enforce your class invariant: 0...2**64-1
         checkInvariantOf(aValue);
         value = aValue; 
    }

    public static UInt64 of(String value) {
         return new UInt64(new BigInteger(value));
    }

    public UInt64 add(UInt64 v) {
         return new UInt64(value.add(v.value));
    }

    ....
}

【讨论】：

【解决方案6】：

为什么不编写自己的包装器并在下面使用带符号的 long。如果用户希望将无符号值作为 BigInteger 获取 - 测试符号并将 2^64 添加到 BigInteger。

【讨论】：

【解决方案7】：

您可以使用 BigInteger.valueOf(l) 从 long 创建 BigInteger，其中 l 是 long。

但如果您想使用精确的 64 位，我会使用 long。

【讨论】：

【解决方案8】：

BigIntegers 是不可变的，正如您所发现的。您可能想研究 BigInteger 的子类化，并编写自己的构造函数来验证输入，并在相关范围内发出正 BigInteger。

为了保持数字仅使用 64 位的要求，您可能还需要重载各种操作，因此它们会限制结果并返回新类的实例而不是新的 BigInteger。

这可能是一项相当多的工作，但仍然比从头开始要好得多。

【讨论】：