算術演算子に付随してプリミティブ型の型キャストについて理解を深める必要があります。
まずは、前頁で出題した簡単な計算の答え合わせをしていきましょう。
桁溢れサンプル１
//intの最大値(2147483647)
int intMax = Integer.MAX_VALUE;
//intの最小値(-2147483648)
int intMin = Integer.MIN_VALUE;
int resultA = intMax + 1;
System.out.println("2147483647 + 1 = " + resultA);
int resultB = intMin - 1;
System.out.println("-2147483648 - 1 = " + resultB);
実行結果
2147483647 + 1 = -2147483648
-2147483648 - 1 = 2147483647
resultAには、10進法の加算で期待していた結果「2147483648」にならずに符号が反転して、intの最小値「-2147483648」になりました。
同様にresultBには、期待していた「-2147483649」に符号が判定して、intの最大値「2147483647」になりました。
これが企業の会計における決算処理であれば、２１億の黒字が２１億の赤字と計算されてしまう事になってしまいます。
算術演算子の計算処理はとても簡単に表現できますが、算術演算によって桁あふれや少数点の丸めなどに注意する必要があります。
これを改善しようと結果の変数resultA及びresultBをintより大きいlongにするとどうなるでしょうか？
結果である変数をintからlongに変更することが最初に浮かばれた事と思います。
桁溢れサンプル２
//intの最大値(2147483647)
int intMax = Integer.MAX_VALUE;
//intの最小値(-2147483648)
int intMin = Integer.MIN_VALUE;
long resultA2 = intMax + 1;
System.out.println("2147483647 + 1 = " + resultA2);
long resultB2 = intMin - 1;
System.out.println("-2147483648 - 1 = " + resultB2);
実行結果
2147483647 + 1 = -2147483648
-2147483648 - 1 = 2147483647
残念ながら実行結果に変わりはありません。
これは、右の数式( intMax + 1) の評価式はintで評価されているからintの数値範囲を超えると桁溢れした結果、
符号が反転されて計算されています。これを回避するには、以下の２通りがあります。
実際には、ビジネスロジックを記載するときに1.のケースは少し大雑把なやり方です。
算術演算子右側に出現するintMax変数は、設計時にintの範囲で収まる桁数だからintを採用しているので、それをlongにすると意味合いが変わってきます。
変数がintということは、約21億～-21億の数値の範囲であることの意味です。変数がlongということは、約922京までの範囲です。
これを計算前のintMax変数をlongにすることは、変数の値が２１億以上の値が必ず存在しうることを意味します。
処理要件として異なった意味になってしまいます。正しい設計の上で正しく実行するには、次のように型キャストを行います。
型キャストを用いて
//intの最大値(2147483647)
int intMax = Integer.MAX_VALUE;
//intの最小値(-2147483648)
int intMin = Integer.MIN_VALUE;
long resultA3 = (long)intMax + 1;
System.out.println("2147483647 + 1 = " + resultA3);
long resultB3 = (long)intMin - 1;
System.out.println("-2147483648 - 1 = " + resultB3);
実行結果
2147483647 + 1 = 2147483648
-2147483648 - 1= -2147483649
適切な型キャストにすることにより期待する結果が得られました。以下に算術演算子における型キャストが重要かご理解頂けたかと思います。
プリミティブ型の型キャストの構文及び桁溢れしないための変換ルールについて説明します。
型キャストの例
//intの最大値(2147483647)
int intMax = Integer.MAX_VALUE;
long result = (long)intMax + 1;
プリミティブ型の型キャストには、Oracle社本家サイト「変換とコンテキスト」において、
以下の２つの内容が定義されています。
小さいサイズのプリミティブ型から、大きいサイズのプリミテイブ型へ変換することを意味します。
大きいサイズのプリミティブ型から、小さいサイズのプリミテイブ型へ変換することを意味します。
下記一覧表のとおり、値の範囲拡大のためのプリミテイブ型変換では、１９種類の変換が可能です。
当サイトの「プリミティブ型」８つの基本データ型の数値範囲をご覧ください。
変換前のプリミティブ型は、変換前の数値範囲より大きい範囲を表現できるプリミティブ型に変換できるという事です。
| 変換前プリミティブ型 | 変換先のプリミティブ型 |
|---|---|
| byte | short , int , long , float , double |
| short | int , long , float , double |
| char | int , long , float , double |
| int | long, float, double |
| long | float , double |
| float | double |
重要以下のルールに則りプリミティブ型の変換を行った場合には、変換前の数値の情報が欠ける事無く変換されます。
strictfp修飾子を利用して、floatからdobuleに変換する場合上記４つに該当しない場合には、桁溢れによる丸め処理が行われ、正確な数値結果を得られません。
上記４つに該当しない浮動小数点型への変換には、IEEE 754（IEEE 浮動小数点数演算標準）に近い丸めモードを使用して数値の丸め処理が行われます。
4.項のstrictfp修飾子を利用するケースは、研究所(宇宙、バイオテクノロジー、高度な物理、数学式で精度を要求される分野等)や原子力発電、精密機器等の精密な計算処理を必要とする分野で利用されるでしょう。
一般企業向けのビジネスシステムでは、利用されることはまずありません。
重要丸め処理が発生するケースの場合でもプリミテイブ型の変換では、コンパイルエラーが発生しません。
そのため、丸め処理が発生する可能性のある計算処理では、設計、製造、特に単体試験よる乖離値チェックにより丸めによる処理結果としての問題が無いかチェックする必要があります。
下記一覧表のとおり、値の範囲拡大のためのプリミテイブ型変換では、２２種類の変換が可能です。
当サイトの「プリミティブ型」８つの基本データ型の数値範囲をご覧ください。
変換前のプリミティブ型は、変換前の数値範囲より小さい範囲を表現できるプリミティブ型に変換できるという事です。
数値範囲の大きい数値から小さい数値へは値は入りきらないので、必然的に丸め処理が起きます。
| 変換前プリミティブ型 | 変換先のプリミティブ型 |
|---|---|
| short | byte , char |
| char | byte , short |
| int | byte , short , char |
| long | byte, short , char , int |
| float | byte, short , char , int , long |
| double | byte, short , char , int , long , float |
doubleからfloatへの変換には、IEEE 754（IEEE 浮動小数点数演算標準）の丸め規則に準じて数値の丸め処理が行われます。
2017/02/25記。このようなケースはどのようなケースで利用されるか分かり次第追記致します。
私自身の１５年程度の経験では、値の範囲縮小のためのプリミテイブ型変換を利用したことが恐らくなかったです。
オブジェクト型に関する型キャストに関しては、オブジェクトで継承の講座以降に説明いたします。
値の範囲拡大はintの約＋－21億を超える範囲の計算や少数点が必要とされるときに、これは桁溢や丸め起こりえるかもと少しでも考えて頂ければ良いかと思います。
参考文献は英語ですが、日本語に訳されるより正確な情報で理解し易いです。Google翻訳を利用するとかなり精度の高い結果がでます。