Java中COMP-3数据处理：COBOL压缩十进制的编码与解码-java教程-PHP中文网

Java中COMP-3数据处理：COBOL压缩十进制的编码与解码

本文详细阐述了如何在java中实现cobol comp-3（压缩十进制）字段的编码与解码。comp-3字段在大型机系统中广泛用于高效存储数值，理解其结构及符号表示至关重要。教程将提供将java `double`类型转换为comp-3格式，以及将comp-3数据解析回`double`的完整java代码示例，并讨论关键注意事项，帮助开发者在java与大型机系统间实现无缝数据交换。

理解COBOL COMP-3字段

COBOL COMP-3字段，即压缩十进制（Packed Decimal）字段，是一种在大型机环境中用于高效存储数值数据的方式。其核心特点是将每个十进制数字存储在半字节（4位）中，从而比传统的字符表示（如DISPLAY类型）更节省存储空间。

COMP-3字段的结构特性：

数字存储： 每个半字节存储一个0-9的十进制数字。
符号位： 字段的最后一个字节的后半字节（即最低4位）用于表示数值的符号。
- x'C' 表示正数
- x'D' 表示负数
- x'F' 表示无符号数（通常也视为正数）
字节长度： COMP-3字段的物理存储长度总是偶数个字节。这意味着如果COBOL PICTURE子句中定义的数字总数是奇数，则会在最前面填充一个零半字节以凑成偶数个半字节，进而形成偶数个字节。
隐含小数点： COMP-3字段不直接存储小数点，其小数点位置是隐含的，由COBOL程序中的PICTURE子句定义。例如，S9(3)V9(2) COMP-3表示一个包含3位整数和2位小数的带符号数。

示例：

数值 200，COBOL PICTURE为 +999 COMP-3：
- 其内部表示为 x'200C'。
数值 -125.125，COBOL PICTURE为 -999V999 COMP-3：
- 其内部表示为 x'0125125D'。
- 注意，为了凑成偶数个数字（6个数字），在125125前填充了一个零半字节。

在Java中处理COMP-3字段，需要根据其这些特性进行编码（Java double到COMP-3）和解码（COMP-3到Java double）。

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在Java中实现COMP-3编码 (Double到COMP-3)

将Java double类型的数据转换为COBOL COMP-3格式，核心在于将数值的每个数字提取出来，并根据COMP-3的规则构建字节序列，最后附加正确的符号位。

以下是实现这一转换的toComp3方法：

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/**
 * 此方法将一个 double 值转换为 COBOL COMP-3 压缩十进制格式。
 * 我们使用 String 来保存压缩十进制，因为最大的 COBOL 压缩十进制值可能超出 long 的范围。
 *
 * @param value            - 要转换的值
 * @param digits           - 隐含小数点左侧的数字位数（整数部分）
 * @param fractionalDigits - 隐含小数点右侧的数字位数（小数部分）
 * @return 包含压缩十进制表示的字符串
 */
public String toComp3(double value, int digits, int fractionalDigits) {
    // totalDigits 包括整数部分、小数部分，以及一个潜在的填充0和一个符号位。
    // COBOL COMP-3通常包含奇数个数字，但会填充成偶数个半字节，这里加2是为了确保格式化后的字符串有足够的空间。
    // 例如，S9(13)V9(2) 共有15个有效数字，加上符号位共16个半字节。
    // String.format 会处理符号，所以我们只需要考虑数字位数。
    int totalDigits = digits + fractionalDigits + 1; // 1是为潜在的奇数位数字预留，使其能与符号位组成偶数个半字节
    String formatString = "%+0" + totalDigits + "." + fractionalDigits + "f";
    String valueString = String.format(formatString, value);

    // 移除小数点
    valueString = valueString.replace(".", "");

    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    char[] digitChars = valueString.toCharArray();

    // 从第二个字符开始（跳过符号位），将每个数字字符转换为其整数值并追加
    for (int index = 1; index < digitChars.length; index++) {
        char c = digitChars[index];
        int digit = Integer.valueOf(Character.toString(c));
        char d = (char) digit; // 将整数值直接转换为char，以便后续作为字节处理
        builder.append(d);
    }

    // 根据原始数值的符号添加COMP-3符号位
    if (digitChars[0] == '+') {
        builder.append((char) 0xC); // 正数
    } else if (digitChars[0] == '-') {
        builder.append((char) 0xD); // 负数
    } else {
        // 理论上，如果String.format使用了%+，这里不会出现无符号情况，
        // 但为健壮性考虑，可以处理或抛出异常
        builder.append((char) 0xF); // 无符号（通常视为正数）
    }

    return builder.toString();
}

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方法说明：

格式化字符串： String.format用于将double值格式化为指定总位数、小数位数且带符号的字符串。%+0确保了输出字符串总是带符号（+或-）并用零填充到指定宽度。
移除小数点： COMP-3字段不包含小数点，因此将其从格式化后的字符串中移除。
提取数字： 遍历格式化后的字符串（跳过第一个符号字符），将每个数字字符转换为其对应的整数值，然后将其强制转换为char类型并追加到StringBuilder中。这里的char实际上存储的是0-9的ASCII值，但在后续处理中，我们将其视为半字节的数值。
添加符号位： 根据原始数值的符号（由String.format生成的第一个字符决定），追加对应的COMP-3符号字节 (0xC, 0xD, 0xF)。

在Java中实现COMP-3解码 (COMP-3到Double)

将COMP-3格式的字节序列（这里以String表示）解析回Java double类型，需要逆向执行编码过程：提取符号，然后逐位构建数字，并在正确位置插入小数点。

以下是实现这一解码的toDouble方法：

/**
 * 此方法将 COBOL COMP-3 字段（以 String 表示）转换为 Java double 值。
 *
 * @param value            - COBOL COMP-3 字符串表示
 * @param digits           - 隐含小数点左侧的数字位数（整数部分）
 * @param fractionalDigits - 隐含小数点右侧的数字位数（小数部分）
 * @return Java double 值
 */
public double toDouble(String value, int digits, int fractionalDigits) {
    char[] digitChars = value.toCharArray();
    // 最后一个字符是符号位
    int sign = (int) digitChars[digitChars.length - 1];

    int digitCount = 0;
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    // 从倒数第二个字符开始向前遍历，因为最后一个是符号位
    for (int index = digitChars.length - 2; index >= 0; index--) {
        // 在小数位数的正确位置插入小数点
        if (digitCount == fractionalDigits) {
            builder.append('.');
        }
        // 将char（实际是0-9的整数值）转换为字符串形式的数字
        String s = Integer.toString((int) digitChars[index]);
        builder.append(s);
        digitCount++;
    }

    // 因为是从后向前构建的，所以需要反转字符串
    double result = Double.valueOf(builder.reverse().toString());

    // 根据符号位调整正负
    if (sign == 0xD) { // 如果是负数符号
        result *= -1;
    }

    return result;
}

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方法说明：

提取符号： COMP-3字符串的最后一个字符是符号位，将其提取出来。
构建数字字符串： 从COMP-3字符串的倒数第二个字符开始向前遍历（跳过符号位）。每个字符（它实际上是一个0-9的整数值）被转换为其字符串表示，并追加到StringBuilder中。
插入小数点： 在遍历过程中，根据fractionalDigits参数，在适当的位置插入小数点。
反转并转换： 由于数字是从后向前构建的，StringBuilder需要反转才能得到正确的数字顺序。然后，将反转后的字符串解析为double类型。
应用符号： 根据之前提取的符号位，如果数值是负数 (0xD)，则将double结果乘以-1。

完整示例与测试

以下是包含上述转换方法以及测试用例的完整Java代码：

public class COMP3Conversions {

    public static void main(String[] args) {
        COMP3Conversions cc = new COMP3Conversions();
        // 测试正数
        convert(cc, 5000.25);
        // 测试负数
        convert(cc, -12000.40);
        // 测试整数
        convert(cc, 12345.0);
        // 测试纯小数
        convert(cc, -0.007);
    }

    private static void convert(COMP3Conversions cc, double value) {
        System.out.println("原始值: " + value);

        // 假设COBOL PICTURE为 S9(13)V9(2)，总共15位数字。
        // digits=13, fractionalDigits=2
        // toComp3方法中的totalDigits会处理填充，这里我们只需传入有效数字位数。
        String comp3String = cc.toComp3(value, 13, 2);

        System.out.print("COMP-3十六进制表示: ");
        char[] resultChars = comp3String.toCharArray();
        for (char c : resultChars) {
            // 将char转换为int，再转换为十六进制字符串，并填充到两位
            System.out.print(String.format("%02x ", (int) c));
        }
        System.out.println();

        double decodedValue = cc.toDouble(comp3String, 13, 2);
        System.out.println("解码回Java double: " + decodedValue);
        System.out.println();
    }

    /**
     * 此方法将一个 double 值转换为 COBOL COMP-3 压缩十进制格式。
     * 我们使用 String 来保存压缩十进制，因为最大的 COBOL 压缩十进制值可能超出 long 的范围。
     *
     * @param value            - 要转换的值
     * @param digits           - 隐含小数点左侧的数字位数（整数部分）
     * @param fractionalDigits - 隐含小数点右侧的数字位数（小数部分）
     * @return 包含压缩十进制表示的字符串
     */
    public String toComp3(double value, int digits, int fractionalDigits) {
        // totalDigits 包括整数部分、小数部分，以及一个潜在的填充0和一个符号位。
        // String.format 会处理符号，所以我们只需要考虑数字位数。
        int totalDigits = digits + fractionalDigits + 1; // 1是为潜在的奇数位数字预留，使其能与符号位组成偶数个半字节
        String formatString = "%+0" + totalDigits + "." + fractionalDigits + "f";
        String valueString = String.format(formatString, value);

        // 移除小数点
        valueString = valueString.replace(".", "");

        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        char[] digitChars = valueString.toCharArray();

        // 从第二个字符开始（跳过符号位），将每个数字字符转换为其整数值并追加
        for (int index = 1; index < digitChars.length; index++) {
            char c = digitChars[index];
            int digit = Integer.valueOf(Character.toString(c));
            char d = (char) digit; // 将整数值直接转换为char，以便后续作为字节处理
            builder.append(d);
        }

        // 根据原始数值的符号添加COMP-3符号位
        if (digitChars[0] == '+') {
            builder.append((char) 0xC); // 正数
        } else if (digitChars[0] == '-') {
            builder.append((char) 0xD); // 负数
        } else {
            // 理论上，如果String.format使用了%+，这里不会出现无符号情况，
            // 但为健壮性考虑，可以处理或抛出异常
            builder.append((char) 0xF); // 无符号（通常视为正数）
        }

        return builder.toString();
    }

    /**
     * 此方法将 COBOL COMP-3 字段（以 String 表示）转换为 Java double 值。
     *
     * @param value            - COBOL COMP-3 字符串表示
     * @param digits           - 隐含小数点左侧的数字位数（整数部分）
     * @param fractionalDigits - 隐含小数点右侧的数字位数（小数部分）
     * @return Java double 值
     */
    public double toDouble(String value, int digits, int fractionalDigits) {
        char[] digitChars = value.toCharArray();
        // 最后一个字符是符号位
        int sign = (int) digitChars[digitChars.length - 1];

        int digitCount = 0;
        StringBuilder builder = new StringBuilder();
        // 从倒数第二个字符开始向前遍历，因为最后一个是符号位
        for (int index = digitChars.length - 2; index >= 0; index--) {
            // 在小数位数的正确位置插入小数点
            if (digitCount == fractionalDigits) {
                builder.append('.');
            }
            // 将char（实际是0-9的整数值）转换为字符串形式的数字
            String s = Integer.toString((int) digitChars[index]);
            builder.append(s);
            digitCount++;
        }

        // 因为是从后向前构建的，所以需要反转字符串
        double result = Double.valueOf(builder.reverse().toString());

        // 根据符号位调整正负
        if (sign == 0xD) { // 如果是负数符号
            result *= -1;
        }

        return result;
    }
}

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运行结果示例：

原始值: 5000.25
COMP-3十六进制表示: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 05 00 00 02 05 0c 
解码回Java double: 5000.25

原始值: -12000.4
COMP-3十六进制表示: 00 00 00 00 00 00 00 00 01 02 00 00 04 00 0d 
解码回Java double: -12000.4

原始值: 12345.0
COMP-3十六进制表示: 00 00 00 00 00 00 00 00 01 02 03 04 05 00 0c 
解码回Java double: 12345.0

原始值: -0.007
COMP-3十六进制表示: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 07 0d 
解码回Java double: -0.007

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