A operação 100 x 22118400 resulta num valor que excede a capacidade (2³¹ -1 ou 2147483647) que um inteiro de 32-bits pode suportar, o que ocasiona um Integer Overflow, um transbordamento. Normalmente a JVM não lança nenhum alerta ou exceção sobre isto, segundo a documentação, 2.11.3. Arithmetic Instructions:
A JVM não indica overflow durante as operações em tipos de
dados inteiro. As únicas operações com números inteiros que podem
lançar exceções são as instruções de divisão (iDiv e ldiv) e as
instruções de resto da divisão inteira (Irem e lrem), que lançam
uma ArithmeticException
se o divisor é zero.
O resultado negativo dessa operação é devido ao retorno vir no formato Complemento para dois, que é utilizado para representar inteiros negativos, a documentação cita o seguinte, 15.17.1. Multiplication Operator:
Se um overflow ocorrer na multiplicação de inteiros, o resultado são os bits menos significativos, representado no formato complemento de dois. Como resultado, se ocorre overflow, o sinal do resultado pode não ser o mesmo que o sinal do produto matemático dos dois valores dos operandos.
Considerando o código abaixo:
public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception {
// 100 * 22118400 = -2083127296, quando divido por 44954676, resulta em -46..
System.out.println(((100 * 22118400) / 44954676));
}
Representação Binária
O número 100 em binário é representado por 1100100, e 22118400 é 1010100011000000000000000. Na multiplicação binária obtemos como resultado 10000011110101100000000000000000, que quando convertido para decimal resulta 2211840000, o valor esperado. A ilustração abaixo mostra como a multiplicação foi feita:
Resolução
Para contornar este problema se deve utilizar um tipo que ofereça maior capacidade de armazenamento, Long
(2⁶³ -1 ou 9223372036854775807L) é um exemplo:
public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception {
System.out.println(((100 * 22118400L) / 44954676)); // 49, correto!
}
DEMO
Se você não se sentir seguro ao usar um tipo como o Long
, ou não souber o valor que uma variável pode assumir, considere usar a classe BigInteger
, teoricamente não há um limite, será alocado a quantidade de memória que for necessária para manter a informação recebida, claro que há limites práticos como a disponibilidade de memória, porém é algo bastante difícil de acontecer.
Segue um exemplo de uso da BigInteger
:
public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception {
BigInteger valor1 = new BigInteger("100");
BigInteger valor2 = new BigInteger("22118400");
BigInteger valor3 = new BigInteger("44954676");
BigInteger mul = valor1.multiply(valor2);
BigInteger divisao = soma.divide(valor3);
System.out.printf("A multiplicação entre %d e %d resulta %d\n", valor1, valor2, mul);
System.out.printf("A divisão entre %d e %d resulta %d", soma, valor3, divisao);
}
DEMO
Detecção de Overflows
Em versões anteriores ao Java 8, não há métodos nativos que auxiliam a detectar Overflows, o que cabe a você fazer isto. Uma das formas de detecção é verificar se o valor de uma variável do tipo Long
está dentro da gama aceitável do tipo inteiro, em outras palavras:
public static int mult(int a, int b) throws ArithmeticException {
long resultado = a * (long) b;
if (resultado > Integer.MAX_VALUE || resultado < Integer.MIN_VALUE){
throw new ArithmeticException("Integer overflow");
}
return (int) resultado;
}
E utilizá-lo do seguinte modo:
public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception {
int valor1 = 100;
int valor2 = 22118400;
int valor3 = 44954676;
int mul = mult(valor1, valor2);
int divisao = soma / valor3;
System.out.printf("A soma entre %d e %d resulta %d\n", valor1, valor2, mul);
System.out.printf("A divisão entre %d e %d resulta %d", soma, valor3, divisao);
}
O código acima vai gerar a seguinte exceção:
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: Integer overflow
DEMO
No Java 8, foram adicionados métodos que se encarregam de realizar as operações aritméticas e se houver Oveflows/Underflows, uma exceção ArithmeticException
é lançada. Os seguintes métodos foram adicionados na classe java.lang.Math
:
Int Long
-----------------------------------------------------------------------------------------------
public static int addExact(int x, int y) public static long addExact(long x, long y)
public static int decrementExact(int a) public static long decrementExact(long a)
public static int incrementExact(int a) public static long incrementExact(long a)
public static int multiplyExact(int x, int y) public static long multiplyExact(long x, long y)
public static int negateExact(int a) public static long negateExact(long a)
public static int subtractExact(int x, int y) public static long subtractExact(long x, long y)
public static int toIntExact(long value)
Segue um exemplo:
public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception {
int valor1 = 100;
int valor2 = 22118400;
int valor3 = 44954676;
int mul = Math.multiplyExact(valor1, valor2);
int divisao = Math.floorDiv(soma, valor3);
System.out.printf("A soma entre %d e %d resulta %d\n", valor1, valor2, mul);
System.out.printf("A divisão entre %d e %d resulta %d", soma, valor3, divisao);
}
O código acima vai gerar a seguinte exceção:
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: integer overflow
DEMO
Referências
A título de curiosidade, o Youtube em dezembro de 2014 foi forçado a usar um inteiro de 64-bits (9223372036854775808), depois que o vídeo PSY - GANGNAM STYLE (강남스타일) M/V, atingiu o limite de visualizações (2147483647, valor máximo de um inteiro de 32-bits).
Créditos da imagem: RST