4.3 Χρήσιμες κλάσεις

Σ’ αυτό το μάθημα θα δούμε κάποιες χρήσιμες κλάσεις της γλώσσας.

`StringBuilder` και `StringJoiner`

Όπως μάθαμε στα μαθήματα της πρώτης εβδομάδας, η κλάση String είναι αμετάβλητη (immutable). Κάθε φορά που εκχωρείτε κάποια τιμή σε μια συμβολοσειρά, δημιουργείται ένα νέο αντικείμενο της κλάσης (δεν τροποποιείται το προηγούμενο). Π.χ. στο ακόλουθο παράδειγμα δημιουργείται κάθε φορά ένα νέο αντικείμενο String:

jshell> String s1 = "Hello "
s1 ==> "Hello "

jshell> String s2 = "World"
s2 ==> "World"

jshell> String s1 = s1 + s2
s1 ==> "Hello World"

jshell> String sentence=""
sentence ==> ""

jshell> for (String s : strings)
   ...> sentence += s + " "

jshell> sentence
sentence ==> "This is a String "

Μέσα στο βρόγχο for δημιουργείται κάθε φορά ένα νέο String που αποθηκεύει το αποτέλεσμα της συνένωσης (s + " "), ένα για την συγχώνευση με το sentence (+=) και τέλος ένα νέο για την εκχώρηση (δημιουργείται μια νέα θέση μνήμης που ονομάζεται πάλι sentence). Καταλαβαίνετε ότι αν έχουμε έναν βρόγχο με πολλές επαναλήψεις, δημιουργούνται πολλά νέα αντικείμενα χωρίς λόγο πράγμα που έχει επίπτωση στην απόδοση του προγράμματός μας. Να θυμάστε ότι κάθε φορά που συνενώνετε δυο αλφαριθημτικά, δημιουργούνται νέα αντίγραφα αυτών καθώς η κλάση String είναι immutable.

Η γλώσσα παρέχει μια μεταβαλλόμενη (mutable) έκδοση της String, την StringBuilder (και την παρωχημένη StringBuffer).

jshell> StringBuilder sb = new StringBuilder(4)
sb ==> 

jshell> for (String s : strings)
   ...> sb.append(s).append(" ")

jshell> sb.toString()
$1 ==> "This is a String "

Από την έκδοση 9 και μετά, η απόδοση της κλάσης String έχει βελτιωθεί πολύ με αποτέλεσμα ο τελεστής συγχώνευσης + να είναι πιο αποτελεσματικός από τη χρήση της StringBuilder. Χρησιμοποιήστε την StringBuilder μόνο όταν χρειάζεται να συγχωνεύσετε αλφαριθμητικά μέσα σε βρόγχους. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, ο τελεστής + είναι πλέον πολύ αποδοτικός.

Η κλάση StringJoiner εισήχθηκε στην έκδοση 8 και επιτρέπει τη δημιουργία αλφαριθμητικών συνενώνοντας άλλα αλφαριθμητικά:

jshell> StringJoiner sj = new StringJoiner(", ", "[", "]");  // StringJoiner(CharSequence delimiter, CharSequence prefix, CharSequence suffix)
sj ==> []

jshell> for (String s : new String[]{"α", "β", "γ"}) {
   ...> sj.add(s);
   ...> }

jshell> sj
sj ==> [α, β, γ]

Για να διαχωρίσουμε αλφαριθμητικά:

jshell> String s = "Ιαν Φεβ Μάρ"
s ==> "Ιαν Φεβ Μάρ"

jshell> StringTokenizer st = new StringTokenizer(s, " ")
st ==> java.util.StringTokenizer@55d56113

jshell> while (st.hasMoreTokens()) {
   ...> System.out.println(st.nextToken());
   ...> }
Ιαν
Φεβ
Μάρ

jshell> String[] split = s.split(" ")
split ==> String[3] { "Ιαν", "Φεβ", "Μάρ" }

jshell> for (String str : split)
   ...> System.out.println(str);
Ιαν
Φεβ
Μάρ

`Formatter, NumberFormat, System.out.printf()`

Έχουμε μάθει ότι οι System.out.print() και System.out.println() εμφανίζουν τα ορίσματά τους στη μονάδα εξόδου (συνήθως οθόνη). Η System.out.printf() λειτουργεί όπως η printf() της C και παρέχει περισσότερες δυνατότητες μορφοποίησης με τη βοήθεια της Formatter:

jshell> Formatter f = new Formatter();
f ==> 

jshell> System.out.print(f.format("Όνομα: %s, ηλικία: %d%n", "Νίκος", 1))
Όνομα: Νίκος, ηλικία: 1

jshell> System.out.print(String.format("Όνομα: %s, ηλικία: %d%n", "Νίκος", 1))
Όνομα: Νίκος, ηλικία: 1

jshell> System.out.printf("Όνομα: %s, ηλικία: %d%n", "Νίκος", 1)
Όνομα: Νίκος, ηλικία: 1
$1 ==> java.io.PrintStream@65ae6ba4

Τα %s, %d είναι ειδικοί χαρακτήρες μορφοποίησης που δηλώνουν ότι τα ορίσματα που ακολουθούν είναι αλφαριθμητικό και ακέραιος αριθμός (decimal) αντίστοιχα, ενώ ο %n δηλώνει το χαρακτήρα αλλαγής γραμμής.

Το πρώτο όρισμα ονομάζεται αλφαριθμητικό μορφοποίησης (format string) και έχει τη γενική μορφή:

%[argument_index$][flags][width][.precision]conversion

Το [argument_index$] είναι προαιρετικό και δηλώνει τη θέση το κάθε ορίσματος, π.χ. 1$ είναι το 1ο όρισμα κλπ. Π.χ.

jshell> System.out.print(f.format("Όνομα: %2$s, ηλικία: %1$d%n", 1, "Νίκος"))
Όνομα: Νίκος, ηλικία: 1

Το προαιρετικό flags είναι ένα σύνολο από χαρακτήρες που εξαρτώνται από τη μετατροπή (conversion) και μορφοποιούν ανάλογα το όρισμα.

Flag	Μορφή
-	Αριστερή στοίχιση
+	Με πρόσημο
	κενό πριν
0	συμπλήρωμα με 0 πριν
,	διαχωριστικό
(	οι αρνητικοί αριθμοί μέσα σε παρενθέσεις

Το προαιρετικό width είναι ένας θετικός αριθμός που δηλώνει τον ελάχιστο αριθμό χαρακτήρων που θα εμφανιστούν στην έξοδο (οθόνη).

Το προαιρετικό precision είναι ένας θετικός ακέραιος που περιορίζει τον αριθμό των χαρακτήρων (π.χ. αρ. δεκαδικών ψηφίων). Για αλφαριθμητικά δηλώνει τον αριθμό χαρακτήρων που θα εξάγει από το αλφαριθμητικό.

Το conversion είναι ένας ειδικός χαρακτήρας που δηλώνει πως θα μορφοποιηθεί το όρισμα, π.χ. s. Συνοπτικά:

Conversion	Μορφή
`a`	δεκαεξαδικός δεκαδικός αριθμός
`b, B`	`boolean`
`c, C`	χαρακτήρας
`d`	ακέραιος αριθμός
`e`	επιστημονική μορφή ακεραίου π.χ. 2Ε-2
`f`	δεκαδικός αριθμός (`float`)
`g`	επιστημονική μορφή δεκαδικού
`h`	`Integer.toHexString(αριθμός.hashCode())`
`n`	αλλαγή γραμμής
`o`	οκταδικός αριθμός
`s, S`	αλφαριθμητικό `String`
`t, T`	ημερομηνία/ώρα
`x`	δεκαεξαδικός αριθμός (`hexadecimal`)
`%`	%

Για μια πλήρη περιγραφή βλ. Formatter ΑΡΙ.

Π.χ.

jshell> f.format("e=%+10.4f", Math.E)
$1 ==> e=   +2,7183

όπου Math.E είναι το e (η βάση των φυσικών λογαρίθμων). Στο αλφαριθμητικό μορφοποίησης θέλουμε να υπάρχει πρόσημο, το μήκος να είναι 10 χαρακτήρες και 4 δεκαδικά ψηφία, ενώ αναπαριστούμε δεκαδικό αριθμό (f).

jshell> f.format("%(,.2f €", -1850.362)
$2 ==> (1.850,36) €

Οι αρνητικοί αριθμοί εμφανίζονται μέσα σε παρενθέσεις, χρησιμοποιούμε την υποδιαστολή σύμφωνα με το εκάστοτε Locale και επιτρέπουμε 2 δεκαδικά ψηφία.

Ίδιοι κανόνες ισχύουν και για την printf():

jshell> System.out.printf("%b%n", null);  
==> false

jshell> System.out.printf("%B%n", false); 
FALSE

jshell> System.out.printf("%c%n", 'α'); 
α

jshell> System.out.printf("%C%n", 'α'); 
Α

jshell> System.out.printf("%s%n", "Γιάννης"); 
Γιάννης

jshell> System.out.printf("%S%n", "Γιάννης"); 
ΓΙΆΝΝΗΣ

jshell> printf("'%-10s' %n", "Γιάννης"); 
'Γιάννης   ' 

jshell> String s = "Hello World";
s ==> "Hello World"

jshell> System.out.printf("Το αλφαριθμητικό %s έχει hash code %h%n", s, s);
Το αλφαριθμητικό Hello World έχει hash code cc969a84

jshell> System.out.printf("% 4d", 2)       // συμπλήρωση με κενά 
   2
   
jshell> System.out.printf("%10.5s%n", Math.PI)
     3.141

Στο τελευταίο παράδειγμα, προσέξτε ότι θέλουμε να εμφανίσουμε το π ως αλφαριθμητικό αντί για δεκαδικό αριθμό, με αποτέλεσμα η ακρίβεια εδώ να δηλώνει τον αριθμό των χαρακτήρων που θέλουμε να κρατήσουμε από το π (δηλ. 5 χαρακτήρες). Το 3.141 είναι ακριβώς 5 χαρακτήρες και το συνολικό μήκος 10 χαρακτήρες.

Μορφοποίηση ώρας

H, M, S	εξάγουν ώρες, λεπτά, δευτερόλεπτα αντίστοιχα
L, N	αναπαριστούν την ώρα σε milliseconds και nanoseconds αντίστοιχα
p	am/pm
z	timezone offset

(Θα μιλήσουμε για την LocalTime στα μαθήματα της 5ης εβδομάδας).

jshell> import java.time.*;

jshell> LocalTime t = LocalTime.now()
t ==> 23:34:08.173152

jshell> System.out.printf("hours %tH: minutes %tM: seconds %tS%n", t, t, t)
hours 23: minutes 34: seconds 08

jshell> System.out.printf("%1$tH:%1$tM:%1$tS %1$tp %1$tL %1$tN %n", t)
23:34:08 pm 173 173152000 

Μορφοποίηση ημερομηνίας

A	ημέρα της εβδομάδας
d	ημέρα του μήνα ως αριθμός
B	μήνας
m	μήνας ως αριθμός
Y	έτος (τετραψήφιο)
y	έτος (διψήφιο)

(Θα μιλήσουμε για την LocalDate στα μαθήματα της 5ης εβδομάδας).

jshell> import java.time.*;

jshell> LocalDate d = LocalDate.now()
d ==> 2019-12-01

jshell> System.out.printf("%1$tA, %1$td %1$tB %1$tY %n", d)
Sunday, 01 December 2019 

jshell> System.out.printf("%1$td.%1$tm.%1$ty %n", d)
01.12.19 

Γεννήτριες τυχαίων αριθμών

Αν θέλετε να παράγετε (ψευδο)τυχαίους αριθμούς, τότε η γλώσσα παρέχει μια επιλογή από κλάσεις γι’ αυτό το σκοπό:

ThreadLocalRandom: συνίσταται (από τη Java 7)
SecureRandom: μια κρυπτογραφικά ισχυρή γεννήτρια τυχαίων αριθμών
Random: Δε συνίσταται. Η υπερκλάση των ThreadLocalRandom και SecureRandom
Math.random(): παράγει τυχαίους δεκαδικούς αριθμούς ίσα κατανεμημένους μεταξύ [0, 1) αλλά είναι πιο αργή

Ας δούμε τη χρήστη καθεμιάς.

Η java.util.Random είναι η πρώτη υλοποίηση γεννήτριας (ψευδο)τυχαίων αριθμών.

jshell> Random random = new Random();
random ==> java.util.Random@5b87ed94

jshell> int randInt = random.nextInt();
randInt ==> 952055508

jshell> random.nextInt(101)	// τυχαίος ακέραιος μεταξύ 0 και 100
$1 ==> 23

jshell> Math.abs(random.nextInt()) % 101;	// άλλος τρόπος παραγωγής τυχαίου ακεραίου μεταξύ 0 και 100
$2 ==> 44

jshell> long randLong = random.nextLong();
randLong ==> -4114678850336351970

jshell> double randDouble = random.nextDouble();	// επιστρέφει μια τιμή μεταξύ [0.0, 1.0)
randDouble ==> 0.6538224564592681

jshell> float randFloat = random.nextFloat();	// όπως και η προηγούμενη
randFloat ==> 0.28607237

jshell> boolean randBoolean = random.nextBoolean()
randBoolean ==> true

jshell> byte[] randBytes = new byte[16];
randBytes ==> byte[16] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }

jshell> random.nextBytes(randBytes);	// γεμίζει μια συστοιχία από bytes με τυχαίους αριθμούς

jshell> randBytes
randBytes ==> byte[16] { -45, -53, 81, -21, -52, 101, -67, 6, -20, -2, 83, 69, 67, -92, -31, -5 }

Η Random δεν ενδείκνυται για χρήση από εφαρμογές κρυπτογράφησης. Π.χ. η Math.abs(random.nextInt()) % n, όπου n το πάνω όριο, έχει διάφορα προβλήματα:

η ακολουθία που παράγεται δεν είναι ακριβώς τυχαία. Τα 2/3 από τους παραγόμενους αριθμούς είναι στο κάτω μισό τους εύρους τιμών της.
αν το n είναι πολλ/σιο του 2 τότε η ακολουθία παραγόμενων αριθμών θα επαναληφθεί μετά από λίγο.

Η random.nextInt(n), τουναντίον, συνίσταται για χρήση και προτιμάται από την Math.random() * n η οποία είναι πολύ πιο αργή σύμφωνα με αυτό το νήμα.

Αντί για τη Random, από την Java 7 και μετά, συνίσταται να χρησιμοποιείτε την ThreadLocalRandom:

jshell> Random random = ThreadLocalRandom.current();
random ==> java.util.concurrent.ThreadLocalRandom@cd2dae5

jshell> random.nextInt(101)
$3 ==> 50

Σημείωση: η nextInt(int n) συμπεριφέρεται περίεργα όταν το n=2^30+1

Μπορείτε να παρέχετε κι έναν “σπόρο” (seed) στη γεννήτρια τυχαίων αριθμών ώστε να μην παίρνετε κάθε φορά την ίδια ακολουθία αριθμών. Σημειώστε ότι η Random παράγει κάθε φορά την ίδια ακολουθία αριθμών για τον ίδιο σπόρο (seed), επομένως είναι προβλεπόμενη. Ένας συνήθης “σπόρος” που χρησιμοποιείται στη βιβλιογραφία είναι ο τρέχον χρόνος (System.currentTimeMillis() ή new Date().getTime()) αλλά ακόμα κι αυτός μπορεί να προβλεφθεί.

jshell> Random random = new Random(12345L);
random ==> java.util.Random@3dfc5fb8

jshell> Random random = new Random(System.currentTimeMillis());
random ==> java.util.Random@467aecef

jshell> ThreadLocalRandom.current().setSeed(System.currentTimeMillis());
|  Exception java.lang.UnsupportedOperationException
|        at ThreadLocalRandom.setSeed (ThreadLocalRandom.java:191)
|        at (#69:1)

Τόσο η Random όσο και η ThreadLocalRandom βασίζονται στη λεγόμενη γραμμική συστοιχιακή γεννήτρια κι έτσι οι παραγόμενες τιμές μπορούν να προβλεφθούν. Για μη προβλέψιμη παραγωγή τυχαίων αριθμών, χρησιμοποιήστε την πιο αργή αλλά σίγουρη SecureRandom (έναν από τις δυο τρόπους που φαίνονται παρακάτω):

jshell> import java.security.SecureRandom

jshell> SecureRandom number = SecureRandom.getInstanceStrong();  // throws java.security.NoSuchAlgorithmException
number ==> Blocking

jshell> number.nextInt(21)
$4 ==> 10

jshell> SecureRandom rng = new SecureRandom();
rng ==> NativePRNG

jshell> byte[] randomBytes = new byte[4];
randomBytes ==> byte[4] { 0, 0, 0, 0 }

jshell> rng.nextBytes(randomBytes); // Fills randomBytes with random bytes

jshell> System.out.println(Arrays.toString(randomBytes));
[-86, 9, -104, -95]

Τέλος, αν θέλουμε να παράγουμε πολύ μεγάλους τυχαίους αριθμούς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την αντίστοιχη μέθοδο κατασκευής της BigInteger όπως θα δούμε παρακάτω.

`BigInteger`

Στα μαθήματα της 1ης εβδομάδας μάθαμε για τους πρωτογενείς τύπους δεδομένων της γλώσσας int, long, float και double. Εξηγήσαμε τους περιορισμούς καθενός. Είδαμε π.χ. ότι ο τύπος int μπορεί ν’ αποθηκεύσει ακέραιους αριθμούς μέχρι το Integer.MAX = 2^31-1 κι ότι αν οι υπολογισμοί σας τον ξεπεράσουν τότε έχουμε υπερχείλιση και λάθος αποτελέσματα. Επίσης, λόγω του τρόπου αναπαράστασης των αριθμών κινητής υποδιαστολής από τους Η/Υ, δεν μπορείτε να βασίζεστε στην ακρίβεια των πράξεων τέτοιων αριθμών. Η Java παρέχει τις κλάσεις (BigInteger και BigDecimal) γι’ αυτό το σκοπό. Σημειώστε ότι και οι δυο κλάσεις είναι αμετάβλητες (immutable) (αν και δεν πληρούν όλα τα κριτήρια). Από σχεδιαστικό λάθος των BigInteger και BigDecimal, έπρεπε να δηλωθούν final (άρα δεν ικανοποιούν πλήρως τα κριτήρια της αμεταβλητότητας - immutability). Δυστυχώς πλέον είναι αργά, κι έτσι κάποιος μπορεί να δημιουργήσει μια νέα κακόβουλη BigInteger η οποία κληρονομεί από την BigInteger την οποία μπορεί να χρησιμοποιήσετε κατά λάθος στο πρόγραμμά σας με καταστροφικά αποτελέσματα (βλ. πηγή [10]).

Για να μετατρέψετε έναν ακέραιο τύπου int ή long σε BigInteger προτιμήστε τη στατική μέθοδο valueOf:

jshell> long longValue = Long.MAX_VALUE;
longValue ==> 9223372036854775807

jshell> BigInteger valueFromLong = BigInteger.valueOf(longValue);
valueFromLong ==> 9223372036854775807

Για να αναπαραστήσετε αριθμούς μεγαλύτερους του Long.MAX_VALUE ή μικρότερους του Long.MIN_VALUE χρησιμοποιήστε τη μέθοδο κατασκευής που δέχεται ένα αλφαριθμητικό ως όρισμα.

Μπορεί ν’ αναπαραστήσει και αριθμούς διαφορετικής βάσης (BigInteger(String val, int radix)):

jshell> new BigInteger("10", 2)  // το 10 στο δυαδικό σύστημα ==> 2
$2 ==> 2

Μπορεί επίσης να μετατρέψει μια ακολουθία από bytes:

jshell> byte[] bytes = new byte[] { (byte) 0x80 };
bytes ==> byte[1] { -128 }

jshell> BigInteger valueFromBytes = new BigInteger(bytes);
valueFromBytes ==> -128

jshell> BigInteger valueFromBytes = new BigInteger(1, bytes);    // BigInteger(int signum, byte[] magnitude)
valueFromBytes ==> 128

Η BigInteger σας δίνει ακόμα τη δυνατότητα να παράγετε τυχαίους αριθμούς:

jshell> new BigInteger(32, new Random());    // BigInteger(int numBits, Random rnd)
$3 ==> 1009907818

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και την SecureRandom() όπως μάθαμε προηγούμενα.

Μαθηματικοί τελεστές

add()
subtract()
multiply()
divide()
remainder()
pow()
max()
min()
gcd() // μέγιστος κοινός διαιρέτης

Δυαδικοί τελεστές

and()
or()
xor()
not()
andnot() // nand
shiftLeft() // «
shiftRight() // »

Τέλος, αποφύγετε να δουλεύετε με πρωτογενή δυαδικά δεδομένα σα να ήταν κωδικοποιημένοι χαρακτήρες. Στο παρακάτω παράδειγμα, κάποια bytes δεν αντιπροσωπεύουν χαρακτήρες, με αποτέλεσμα με την εξ’ορισμού κωδικοποίηση US-ASCII να χάνεται πληροφορία.

jshell> BigInteger x = new BigInteger("530500452766");
x ==> 530500452766

jshell> byte[] byteArray = x.toByteArray();
byteArray ==> byte[5] { 123, -124, 74, -127, -98 }

jshell> String s = new String(byteArray);
s ==> "{�J��"

jshell> byteArray = s.getBytes();
byteArray ==> byte[11] { 123, -17, -65, -67, 74, -17, -65, -67, -17, -65, -67 }

jshell> 

jshell> x = new BigInteger(byteArray);
x ==> 149830058370101340468658109

Η λύση στο παραπάνω πρόβλημα:

jshell> BigInteger x = new BigInteger("530500452766");
x ==> 530500452766

jshell> String s = x.toString(); // έγκυρη μετατροπή
s ==> "530500452766"

jshell>  try {
   ...>  byte[] byteArray = s.getBytes("UTF8");
   ...>  String ns = new String(byteArray, "UTF8");
   ...>  System.out.println("ns="+ns);
   ...>  BigInteger x1 = new BigInteger(ns);
   ...>  System.out.println("x1="+x1);
   ...>  } catch (UnsupportedEncodingException ex) {
   ...>  }
ns=530500452766
x1=530500452766

Ως άσκηση, γράψτε τη μέθοδο υπολογισμού του παραγοντικού χρησιμοποιώντας τη κλάση BigInteger.

`BigDecimal`

Ας δούμε ένα παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε χαρτζιλίκι 1€ και θέλουμε να βρούμε πόσες καραμέλες μπορούμε να αγοράσουμε που κοστίζουν 0.10€, 0.20€, 0.30€ κλπ.

jshell> double budget = 1.00;
budget ==> 1.0

jshell> int candies = 0;
candies ==> 0

jshell> for (double price = 0.10; budget >= price; price += 0.10) {
   ...> budget -= price;
   ...> candies++;
   ...> }

jshell> candies
candies ==> 3

jshell> budget
budget ==> 0.3999999999999999

Όταν αγοράσουμε μια καραμέλα 0.10€, μας περισσεύουν 0.90€, στη συνέχεια μια καραμέλα 0.20€, μας περισσεύουν 0.70€, στη συνέχεια μια των 0.30€, μας περισσεύουν 0.40€ και επομένως μπορούμε να αγοράσουμε ακόμα μια των 0.40€, αλλά το πρόγραμμα Java έχει άλλη γνώμη!

Ας δούμε τη χρήση της BigDecimal:

jshell> BigDecimal TEN_CENTS = new BigDecimal(".10");
ten_cents ==> 0.10

jshell> BigDecimal budget = new BigDecimal("1.0");
budget ==> 1.0

jshell> int candies = 0;
candies ==> 0

jshell> for (BigDecimal price = TEN_CENTS; budget.compareTo(price) >= 0; price = price.add(TEN_CENTS)) {
   ...> budget = budget.subtract(price);
   ...> candies++;
   ...> }
   
jshell> candies
candies ==> 4

jshell> budget
budget ==> 0.00

Δυστυχώς οι BigDecimal και BigInteger είναι λιγότερο βολικοί στη χρήση τους και πολύ πιο αργοί. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε int ή long:

jshell> int candies = 0
candies ==> 0

jshell> int budget = 100
budget ==> 100

jshell> for (int price = 10; budget >= price; price += 10) {
   ...> budget -= price;
   ...> candies++;
   ...> }

jshell> candies
candies ==> 4

jshell> budget
budget ==> 0

Χρησιμοποιείστε int αν οι αριθμοί σας δεν ξεπερνούν τα 9 δεκαδικά ψηφία, long αν δεν ξεπερνούν τα 18, διαφορετικά χρησιμοποιείστε BigDecimal.

Οι BigDecimal και BigInteger έχουν κι άλλα προβλήματα οπότε πρέπει να τους χρησιμοποιείτε με προσοχή. Πάντα χρησιμοποιείτε την μέθοδο κατασκευής BigDecimal(String) και ποτέ την BigDecimal(double). Η τελευταία δημιουργεί ένα αντικείμενο με την ακριβή τιμή του ορίσματός της, π.χ.:

jshell> new BigDecimal(.1)
$3 ==> 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625

ή προτιμήστε τη στατική μέθοδο valueOf:

jshell> BigDecimal.valueOf(.1);
$4 ==> 0.1

jshell> BigDecimal a = BigDecimal.valueOf(1.01234567890123456789);
a ===> 1.01234567890123456

jshell> BigDecimal b = new BigDecimal("1.01234567890123456789");
b ===> 1.01234567890123456789

Προσέξτε όμως ότι η μέθοδος valueOf() έχει περιορισμένη ακρίβεια (ο double έχει ακρίβεια 15-17 ψηφία).

Οι μέθοδοι equals() και compareTo() της BigDecimal δεν συμφωνούν:

jshell> BigDecimal one = new BigDecimal("1.0")
one ==> 1.0

jshell> BigDecimal one1 = new BigDecimal("1.00")
one1 ==> 1.00

jshell> one.equals(one1)
$5 ==> false

jshell> one.compareTo(one1)
$6 ==> 0

Αυτό οφείλεται στο ότι η equals() λαμβάνει υπόψιν τον αριθμό δεκαδικών ψηφίων (scale). Γι’ αυτό χρησιμοποιείτε πάντα την compareTo().

Κάποιοι μπορεί να δοκιμάσουν την μέθοδο round(new MathContext(precision, roundingMode)) για να στρογγυλοποιήσουν έναν BigDecimal:

jshell> BigDecimal x = new BigDecimal("123.456")
x ==> 123.456

jshell> x = x.round(new MathContext(2, RoundingMode.HALF_UP));
x ==> 1.2E+2

jshell> x.toPlainString()
$7 ==> "120"

jshell> x.scale()
$8 ==> -1

αντί για 123.46. Αυτό οφείλεται στο ότι αντί να στρογγυλοποιήσει το δεκαδικό μέρος, στρογγυλοποιεί τον αριθμό από αριστερά προς τα δεξιά, επομένως ακρίβεια 2 σημαίνει τα 2 πρώτα ψηφία από αριστερά (δηλ. 12) το οποίο στη συνέχεια πολλ/ζεται με το 10 (scale == -1, δηλ. τιμή x 10^-scale ή 12x10^-(-1)), επομένως το αποτέλεσμα.

Για το επιθυμητό αποτέλεσμα:

jshell> BigDecimal x = new BigDecimal("123.456")
x ==> 123.456

jshell> x = x.setScale(2, RoundingMode.HALF_UP);
x ==> 123.46

Μαθηματικοί τελεστές

add()
subtract()
multiply()

Η multiply(BigDecimal multiplicand, MathContext mc) παρέχει δυνατότητες στρογγυλοποίησης και ακρίβειας του αποτελέσματος. Η MathContext(int setPrecision, RoundingMode setRoundingMode) δίνει τη δυνατότητα να ορίσουμε τον αριθμό των δεκαδικών ψηφίων και τον τρόπο στρογγυλοποίησης (RoundingMode.CEILING, RoundingMode.DOWN, RoundingMode.UP, RoundingMode.HALF__DOWN, RoundingMode.HALF__UP, RoundingMode.HALF__EVEN, RoundingMode.UNECESSARY).

divide()

jshell> BigDecimal a = new BigDecimal("5");
a ==> 5

jshell> BigDecimal b = new BigDecimal("7");
b ==> 7

jshell> BigDecimal result = a.divide(b);
|  Exception java.lang.ArithmeticException: Non-terminating decimal expansion; no exact representable decimal result.
|        at BigDecimal.divide (BigDecimal.java:1716)
|        at (#9:1)

Η διαίρεση αποτυγχάνει αν το αποτέλεσμα δεν είναι ντετερμενιστικός αριθμός. Η BigDecimal εμφανίζει πάντα αυτήν την εξαίρεση όταν πρέπει να “αποκόψει” δεκαδικά ψηφία για οποιαδήποτε λόγο. Γι’ αυτό καλύτερα να χρησιμοποιείτε κάποιες από τις άλλες μεθόδους divide() όπου μπορείτε να παρέχετε την ακρίβεια και τον τρόπο στρογγυλοποίησης, π.χ.

jshell> BigDecimal result = a.divide(b, 10, RoundingMode.HALF_UP);  // χρησιμοποιείται στις περισσότερες περιπτώσεις
result ==> 0.7142857143

divideAndRemainder()

jshell> BigDecimal[] result = a.divideAndRemainder(b);
result ==> BigDecimal[2] { 0, 5 }

divideToIntegralValue() // ακέραιο μέρος της διαίρεσης
remainder()
pow()
max()
min()
movePointLeft() // μετακίνηση υποδιαστολής αριστερά
movePointRight() // μετακίνηση υποδιαστολής αριστερά

`Math`

Στα προηγούμενα μαθήματα είδαμε κάποιες χρήσεις της κλάσης Math (π.χ. Math.PI, Math.E, Math.sin(), Math.random(), Math.abs()) κλπ.

jshell> Math.
E                 IEEEremainder(    PI                abs(              acos(             addExact(         asin(           atan(             atan2(            cbrt(             ceil(             class             copySign(         cos(            cosh(             decrementExact(   exp(              expm1(            floor(            floorDiv(         floorMod(       
fma(              getExponent(      hypot(            incrementExact(   log(              log10(            log1p(          
max(              min(              multiplyExact(    multiplyFull(     multiplyHigh(     negateExact(      nextAfter(      
nextDown(         nextUp(           pow(              random()          rint(             round(            scalb(         
signum(           sin(              sinh(             sqrt(             subtractExact(    tan(              tanh(           
toDegrees(        toIntExact(       toRadians(        ulp(      

Η κλάση αυτή παρέχει μερικές μεθόδους ως λύση για το πρόβλημα της υπερχείλισης που είδαμε στα μαθήματα της 1ης εβδομάδας:

Math.addExact()
Math.subtractExact()
Math.multiplyExact()
Math.negateExact()
Math.incrementExact()
Math.decrementExact()
Math.toIntExact()

Οι μέθοδοι αυτές εμφανίζουν ArithmeticException αν υπάρξει λάθος εκτέλεσης, π.χ. υπερχείλιση. Π.χ.

jshell> Math.addExact((int)1E30, 1000)
|  Exception java.lang.ArithmeticException: integer overflow
|        at Math.addExact (Math.java:825)
|        at (#18:1)

Είσοδος

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να διαβάσουμε από τη μονάδα εισόδου (συνήθως το πληκτρολόγιο):

`System.console`

Δε δουλεύει με το jshell (ούτε με το NetBeans) αλλά διαθέτει τη δυνατότητα να αποκρύπτει την είσοδο (π.χ. για να εισάγετε έναν κωδικό).

import java.io.Console;
import java.util.Arrays;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
		Console console = System.console();
		if (console != null) { // Console returns null on jshell or inside an IDE
			String name = console.readLine("> Εισάγετε όνομα χρήστη και πατήστε Enter%n");
			console.printf("Γειά σου %s!%n", name);
			console.printf("> Εισάγετε κωδικό και πατήστε Enter: ");
			char[] password = console.readPassword();
			console.printf("Δώσατε τον κωδικό: %s%n", String.valueOf(password));
			Arrays.fill(password, ' '); // καλή τεχνική να σβήνετε τον κωδικό αν δε χρησιμοποιείται άλλο
		}
    }
}

Από ένα κέλυφος Unix/Linux ή τερματικό DOS:

$ javac Test.java
$ java Test
> Εισάγετε όνομα χρήστη και πατήστε Enter
Γιάννης
Γειά σου Γιάννης!
> Εισάγετε κωδικό και πατήστε Enter: 
Δώσατε τον κωδικό: pass01

Γιατί η Console.readPassword() επιστρέφει ένα char[] κι όχι String; Για ασφάλεια είναι η απάντηση. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να καθαριστεί αμέσως μετά τη χρήση, όπως και γίνεται στο πιο πάνω παράδειγμα. Αν επέστρεφε String, τότε θα προστίθετο στην δεξαμενή μνήμης των αλφαριθμητικών και με ένα memory dump θα μπορούσε κάποιος να δει τον κωδικό.

`java.util.Scanner`

jshell> import java.util.Scanner

jshell> Scanner scanner = new Scanner(System.in);
scanner ==> java.util.Scanner[delimiters=\p{javaWhitespace}+] ... \E][infinity string=\Q∞\E]

jshell> System.out.print("Όνομα χρήστη: ");
Όνομα χρήστη: 
jshell> String username = scanner.next();
john
username ==> "john"

Δεν υποστηρίζει απόκρυψη εισόδου (π.χ. για ανάγνωση κωδικού όπως η System.console).

next() ανάγνωση κειμένου μέχρι το επόμενο κενό (ανάγνωση ενός token)
nextLine() ανάγνωση κειμένου μέχρι την αλλαγή γραμμής
nextByte()
nextShort()
nextInt()
nextLong()
nextFloat()
nextDouble()
nextBigInteger()
nextBigDecimal()
hasNextByte()
hasNextShort()
hasNextInt()
hasNextLong()
hasNextFloat()
hasNextDouble()
hasNextBigInteger()
hasNextBigDecimal()

if (scanner.hasNextFloat()){ 
	float fValue = scanner.nextFloat(); 
}else{
	String sValue = scanner.next(); 
}

Αν θέλετε να δέχεστε το ENTER ως έγκυρη είσοδο:

Scanner IN = new Scanner(System.in).useDelimiter("(\\b|\\B)");
String s = null;
do { 
    s = IN.nextLine();
} while (s.isEmpty());

`BufferedReader`

jshell> System.out.print("Όνομα χρήστη: ")
Όνομα χρήστη: 
jshell> BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
reader ==> java.io.BufferedReader@7a187f14

jshell> try {
   ...> String username = reader.readLine();
   ...> } catch(IOException e) {
   ...> e.printStackTrace();
   ...> }
john

jshell> username
username ==> "john"

Text-IO

Η εξωτερική βιβλιοθήκη Text-IO προσπαθεί να συνδυάσει τα πλεονεκτήματα των ανωτέρω τριών τρόπων χωρίς τα προβλήματά τους. Για να τη χρησιμοποιήσετε με το jshell, ακολουθήστε τα εξής βήματα:

Κατεβάστε τις βιβλιοθήκες text-io-x.x.x.jar και slf4j-api-x.x.x.jar
Εκκινήστε το jshell ως jshell --class-path /<path-to>/text-io-x.x.x.jar:/<path-to>/slf4j-api-x.x.x.jar ή εκκινήστε το κανονικά και δώστε την εντολή jshell> /env -class-path /<path-to>/text-io-x.x.x.jar:/<path-to>/slf4j-api-x.x.x.jar (για τα Windows χρησιμοποιήστε \)

jshell> import org.beryx.textio.*

jshell> TextIO textIO = TextIoFactory.getTextIO();
SLF4J: No SLF4J providers were found.
SLF4J: Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation
SLF4J: See http://www.slf4j.org/codes.html#noProviders for further details.
textIO ==> org.beryx.textio.TextIO@31304f14

jshell> String username = textIO.newStringInputReader().withDefaultValue("admin").read("Username: ");
username ==> "admin"

Εμφανίζεται το ξεχωριστό παράθυρο TextTerminal το οποίο δέχεται την είσοδο του χρήστη. Μπορείτε να πατήσετε απλά ENTER ώστε η μεταβλητή username να λάβει την εξ’ ορισμού τιμή "admin".

Εικόνα 4.3.1 Παράθυρο TextTerminal

jshell> String password = textIO.newStringInputReader().withMinLength(6).withInputMasking(true).read("Password: ");
password ==> "123456"

με το αποτέλεσμα:

Username:  [admin]: ​
Password:  ​
Invalid value.
Expected a string with at least 6 characters.

Password:  ​******

Επίσης μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το παράθυρο TextTerminal όχι μόνο για είσοδο αλλά και για έξοδο, π.χ.

jshell> textIO.getTextTerminal().printf("Username: %s, password %s.\n", username, password);

Για περισσότερα, αναφερθείτε στις πηγές.

Ασκήσεις

Να γράψετε ένα πρόγραμμα που να δημιουργεί μια κλάση Supplier με τα εξής γνωρίσματα: long id, String productName, int quantity, String city. Στη μέθοδο main() της κλάσης αποθηκεύστε 4 αντικείμενα της κλάσης αυτής σε έναν πίνακα και εμφανίστε την ακόλουθη έξοδο στην οθόνη (ID: 2 χαρακτήρες αριστερής στοίχισης, Name: 6 χαρακτήρες αριστερής στοίχισης, qt: 2 χαρακτήρες, City: 10 χαρακτήρες αριστερής στοίχισης):
```
ID Name  qt City
---------------------- 
1  Sony  20 Hania
2  Apple 10 Heraklion
3  Apple 30 Hania
4  Dell  40 Rethymnon
```
Υλοποιήστε τον αλγόριθμο εύρεσης του ν-στού αριθμού Fibonacci της άσκησης 7 του 8ου μαθήματος της 1ης εβδομάδας χρησιμοποιώντας BigInteger και υπολογίστε έναν πολύ μεγάλο αρ. Fibonacci, π.χ. τον 5000-ό. Επαληθεύστε την υλοποίησή σας εδώ.

Πηγές

Iordache S. (2016), “Interactive Console Applications in Java”.
Kiwy F. (2020), “Four common pitfalls of the BigDecimal class and how to avoid them”, Java Magazine.
Generate Random Numbers
Formatting with printf() in Java (2019)
Java printf( ) Method Quick Reference

4.3 Χρήσιμες κλάσεις {#Java}

My books

4.3 Χρήσιμες κλάσεις

`StringBuilder` και `StringJoiner`

`Formatter, NumberFormat, System.out.printf()`

Μορφοποίηση ώρας

Μορφοποίηση ημερομηνίας

Γεννήτριες τυχαίων αριθμών

`BigInteger`

Μαθηματικοί τελεστές

Δυαδικοί τελεστές

`BigDecimal`

Μαθηματικοί τελεστές

`Math`

Είσοδος

`System.console`

`java.util.Scanner`

`BufferedReader`

Text-IO

Ασκήσεις

Πηγές

4.3 Χρήσιμες κλάσεις

StringBuilder και StringJoiner

Formatter, NumberFormat, System.out.printf()

Μορφοποίηση ώρας

Μορφοποίηση ημερομηνίας

Γεννήτριες τυχαίων αριθμών

BigInteger

Μαθηματικοί τελεστές

Δυαδικοί τελεστές

BigDecimal

Μαθηματικοί τελεστές

Math

Είσοδος

System.console

java.util.Scanner

BufferedReader

Text-IO

Ασκήσεις

Πηγές

`StringBuilder` και `StringJoiner`

`Formatter, NumberFormat, System.out.printf()`

`BigInteger`

`BigDecimal`

`Math`

`System.console`

`java.util.Scanner`

`BufferedReader`