Java中字节数组转换为数字

1. 概述

在本教程中，我们将探讨将*byte[]*转换为数值（int、long、float、double）的不同方法，反之亦然。

字节是计算机存储和处理信息的基本单位。Java 语言中定义的基本类型 是同时操作多个字节的便捷方式。因此，*byte[]*和原始类型之间存在着一种内在的转换关系。

由于short和char类型只包含两个字节，因此不需要太多关注。因此，我们将重点关注byte[]与int、long、float和double类型之间的转换。

2. 使用移位运算符

将*byte[]*转换为数值的最直接方法是使用移位运算符 。

2.1. 字节数组到int和long

将byte[]转换为int值时，我们使用*«*（左移）运算符：

int value = 0;
for (byte b : bytes) {
    value = (value << 8) + (b & 0xFF);
}

通常，上述代码片段中byte[]的长度应等于或小于四。那是因为一个int值占用四个字节。否则会导致int范围溢出。

为了验证转换的正确性，我们定义两个常量：

byte[] INT_BYTE_ARRAY = new byte[] {
    (byte) 0xCA, (byte) 0xFE, (byte) 0xBA, (byte) 0xBE
};
int INT_VALUE = 0xCAFEBABE;

如果我们仔细观察这两个常量INT_BYTE_ARRAY和INT_VALUE，我们会发现它们是十六进制数0xCAFEBABE的不同表示。

然后，让我们检查一下这个转换是否正确：

int value = convertByteArrayToIntUsingShiftOperator(INT_BYTE_ARRAY);
assertEquals(INT_VALUE, value);

类似地，当将一个byte[]转换为一个long值时，我们可以重用上面的代码片段并进行两处修改：值的类型为long型且字节长度应等于或小于八。

2.2. int和long到字节数组

将int值转换为byte[]时，我们可以使用»（有符号右移）或*»>*（无符号右移）运算符：

byte[] bytes = new byte[Integer.BYTES];
int length = bytes.length;
for (int i = 0; i < length; i++) {
    bytes[length - i - 1] = (byte) (value & 0xFF);
    value >>= 8;
}

在上面的代码片段中，我们可以将*»运算符替换为»>运算符。那是因为我们只使用了value*参数最初包含的字节。因此，带符号扩展或零扩展的右移不会影响最终结果。

然后，我们可以检查上面转换的正确性：

byte[] bytes = convertIntToByteArrayUsingShiftOperator(INT_VALUE);
assertArrayEquals(INT_BYTE_ARRAY, bytes);

将long值转换为byte[]时，我们只需要将Integer.BYTES更改为Long.BYTES并确保值的类型为long。

2.3. 字节数组、float和double

*将byte[]转换为float 时，我们使用*Float.intBitsToFloat()方法：

// convert bytes to int
int intValue = 0;
for (byte b : bytes) {
    intValue = (intValue << 8) + (b & 0xFF);
}
// convert int to float
float value = Float.intBitsToFloat(intValue);

从上面的代码片段中，我们可以了解到byte[]不能直接转换为float值。基本上，它需要两个独立的步骤：首先，我们将byte[]转换为int值，然后将相同的位模式解释为float值。

为了验证转换的正确性，我们定义两个常量：

byte[] FLOAT_BYTE_ARRAY = new byte[] {
    (byte) 0x40, (byte) 0x48, (byte) 0xF5, (byte) 0xC3
};
float FLOAT_VALUE = 3.14F;

然后，让我们检查一下这个转换是否正确：

float value = convertByteArrayToFloatUsingShiftOperator(FLOAT_BYTE_ARRAY);
assertEquals(Float.floatToIntBits(FLOAT_VALUE), Float.floatToIntBits(value));

同样，我们可以利用中间long值和Double.longBitsToDouble()方法将byte[]转换为double值。

2.4. float和double到字节数组

*将float转换为*byte[]时，我们可以利用Float.floatToIntBits()方法：

// convert float to int
int intValue = Float.floatToIntBits(value);
// convert int to bytes
byte[] bytes = new byte[Float.BYTES];
int length = bytes.length;
for (int i = 0; i < length; i++) {
    bytes[length - i - 1] = (byte) (intValue & 0xFF);
    intValue >>= 8;
}

然后，让我们检查一下这个转换是否正确：

byte[] bytes = convertFloatToByteArrayUsingShiftOperator(FLOAT_VALUE);
assertArrayEquals(FLOAT_BYTE_ARRAY, bytes);

以此类推，我们可以利用Double.doubleToLongBits()方法将double值转换为byte[]。

3. 使用ByteBuffer

*java.nio.ByteBuffer类提供了一种简洁、统一的方式来在*byte[]和数值（int、long、float、double）之间进行转换。

3.1. 字节数组到数值

现在，我们使用ByteBuffer类将byte[]转换为int值：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(Integer.BYTES);
buffer.put(bytes);
buffer.rewind();
int value = buffer.getInt();

然后，我们使用ByteBuffer类将int值转换为byte[]：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(Integer.BYTES);
buffer.putInt(value);
buffer.rewind();
byte[] bytes = buffer.array();

我们应该注意到上面的两个代码片段遵循相同的模式：

• 首先，我们使用ByteBuffer.allocate(int)方法获取指定容量的ByteBuffer对象。
• 然后，我们将原始值（byte[]或int值）放入ByteBuffer对象，例如*buffer.put(bytes)和buffer.putInt(value)*方法。
• 之后，我们将ByteBuffer对象的位置重置为零，以便我们可以从头开始读取。
• 最后，我们使用buffer.getInt()和buffer.array()等方法从ByteBuffer对象中获取目标值。

这种模式非常通用，它支持long、float和double类型的转换。我们唯一需要做的修改是与类型相关的信息。

3.2. 使用现有的字节数组

此外，*ByteBuffer.wrap(byte[])方法允许我们重用现有byte[]*而无需创建新数组：

ByteBuffer.wrap(bytes).getFloat();

但是，我们还应该注意，上面的bytes变量的长度等于或大于目标类型（Float.BYTES）的大小。否则，它将抛出BufferUnderflowException。

4. 使用BigInteger

java.math.BigInteger 类的主要目的是表示大数值，否则这些数值将不适合原始数据类型。尽管我们可以使用它在byte[]和原始值之间进行转换，但使用BigInteger对于这种目的来说有点繁重。

4.1. 字节数组到int和long

现在，让我们使用BigInteger类将byte[]转换为int值：

int value = new BigInteger(bytes).intValue();

类似地，BigInteger类有一个longValue()方法来将byte[]转换为long值：

long value = new BigInteger(bytes).longValue();

此外，BigInteger类还有一个intValueExact()方法和一个longValueExact()方法。应谨慎使用这两个方法：如果BigInteger对象分别超出int或long类型的范围，则这两个方法都将抛出ArithmeticException。

将int或long值转换为*byte[]*时，我们可以使用相同的代码片段：

byte[] bytes = BigInteger.valueOf(value).toByteArray();

但是，BigInteger类的*toByteArray()*方法返回的是最小字节数，不一定是四个或八个字节。

4.2. 字节数组、float和double

虽然BigInteger类有一个floatValue()方法，但我们不能像预期的那样使用它来将byte[]转换为float值。那么，我们应该怎么做呢？我们可以使用int值作为将byte[]转换为float值的中间步骤：

int intValue = new BigInteger(bytes).intValue();
float value = Float.intBitsToFloat(intValue);

同样，我们可以将float值转换为byte[]：

int intValue = Float.floatToIntBits(value);
byte[] bytes = BigInteger.valueOf(intValue).toByteArray();

同样，通过利用Double.longBitsToDouble()和Double.doubleToLongBits()方法，我们可以使用BigInteger类在byte[]和double值之间进行转换。

5. 使用Guava

Guava 库为我们提供了方便的方法来进行这种转换。

5.1. 字节数组到int和long

在 Guava 中，com.google.common.primitives包中的Ints类包含一个fromByteArray()方法。因此，我们很容易将byte[]转换为int值：

int value = Ints.fromByteArray(bytes);

Ints类还有一个toByteArray()方法，可用于将int值转换为byte[]：

byte[] bytes = Ints.toByteArray(value);

而且，Longs类在使用上类似于Ints类：

long value = Longs.fromByteArray(bytes);
byte[] bytes = Longs.toByteArray(value);

此外，如果我们检查*fromByteArray()和toByteArray()*方法的源代码，我们可以发现这两种方法都使用移位运算符来完成它们的任务。

5.2. 字节数组、float和double

同一个包中还存在Floats和Doubles类。但是，这两个类都不支持*fromByteArray()和toByteArray()*方法。

但是，我们可以利用Float.intBitsToFloat()、Float.floatToIntBits()、Double.longBitsToDouble()和Double.doubleToLongBits()方法来完成byte[]与float或double值之间的转换。为简洁起见，我们省略了此处的代码。

6. 使用 Commons Lang

当我们使用Apache Commons Lang 3 时，进行这些类型的转换有点复杂。这是因为Commons Lang 库默认使用小端byte[]。但是，我们上面提到的byte[]都是大端顺序的。因此，我们需要将大端byte[]转换为小端byte[]，反之亦然。

6.1. 字节数组到int和long

org.apache.commons.lang3包中的 Conversion 类提供了*byteArrayToInt()和intToByteArray()*方法。

现在，让我们将byte[]转换为int值：

byte[] copyBytes = Arrays.copyOf(bytes, bytes.length);
ArrayUtils.reverse(copyBytes);
int value = Conversion.byteArrayToInt(copyBytes, 0, 0, 0, copyBytes.length);

*在上面的代码中，我们复制了原始byte变量。这是因为有时候，我们不想改变原始*byte[]的内容。

然后，让我们将一个int值转换为一个byte[]：

byte[] bytes = new byte[Integer.BYTES];
Conversion.intToByteArray(value, 0, bytes, 0, bytes.length);
ArrayUtils.reverse(bytes);

Conversion类还定义了byteArrayToLong()和longToByteArray()方法。并且，我们可以使用这两种方法在byte[]和long值之间进行转换。

6.2. 字节数组、float和double

但是，Conversion类并没有直接提供相应的方法来转换float或double值。

同样，我们需要一个中间int或long值来在byte[]和float或double值之间进行转换。