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高精度计算(2015.8.1)
阅读量:4645 次
发布时间:2019-06-09

本文共 12220 字,大约阅读时间需要 40 分钟。

c++中,变量的大小是有限制的。

比如int是 -2147483648~2147483647

long long是-9223372036854775808~18446744073709551615

然而他们都有一个范围,如果数据过大,就会出现错误。这时,我们需要高精度计算。

同过数组来存储各位上的情况,模拟计算加减乘除。

首先,我们定义一个叫做bigNumber的类

class bigNumber{};

然后,在里面声明一个整数数组(1000位)

int num[1001];

其中,num[0]保存该数位数,num[i]表示对应数位上的数

数据的存储方式为(以13为例)

num 0 1 2 3
数值 2 1 3 0
备注 位数 个位 十位 百位

 

 

 

接着,我们要定义构造函数来初始化它

要注意,构造函数本身被调用是没什么琴里用的,可以再写一个初始化函数,然后在构造函数里调用它,但需要初始化时,调用初始化函数,而不是构造函数

bigNumber(){
//初始化 init(); } void init(){ memset(num,0,sizeof(num)); }

 

然后,就是一些基本的功能的实现

bigNumber operator = (const bigNumber& rhs){        init();        REP(rhs.num[0]+1)num[o]=rhs.num[o];        return *this;    }    bigNumber operator = (long long rhs){        init();        int i=1;        while(rhs){            num[i]=rhs%10;            rhs/=10;            i++;        }        num[0]=i-1;        return *this;    }    bool operator < (const bigNumber rhs)const{        if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]
(const bigNumber rhs)const{ if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]>rhs.num[0]); REP(num[0]){ int temp=num[0]-o; if(num[temp]!=rhs.num[temp])return (num[temp]>rhs.num[temp]); } return 0; } bool operator == (const bigNumber rhs)const{ return !(*this>rhs||*this

 

 这些都是比较容易实现的,不详细说明了

而四则运算则相对更为复杂

首先是加法

我们先来看一下我们自己是如何计算加法的。

例如5135+139

1.对齐数位  5 1 3 5

     +  1 3 9  

2.从低位开始加,当低位相加后大于9时,把较大数加到下一位上

而且,我们可以知道,即使是9+9也才等于18。也即计算后,和的位数最多比加数的位数多1

bigNumber operator + (const bigNumber rhs)const{        bigNumber temp;        int len;        len=num[0]>rhs.num[0]?num[0]:rhs.num[0];        len++;//两数相加,位数最多比较大的位数多1        REP(len){            temp.num[o+1]+=num[o+1]+rhs.num[o+1];            temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10;            temp.num[o+1]%=10;        }        REP(len){            if(temp.num[len-o]!=0){                temp.num[0]=len-o;                break;            }        }        return temp;    }

 

而乘法相似,只是是乘数相乘加上进位(乘数与乘数各数位都要乘一次)

     5 1 3 5

 ×      1 3 9  

    4 6 2 1 5

   1 5 4 0 5

   5 1 3 5       

   7 1 3 7 6 5

bigNumber operator * (const bigNumber rhs)const{        bigNumber temp;        int len;        len=num[0]+rhs.num[0];        //len++;        for(int i=1;i<=num[0];i++){            for(int j=1;j<=rhs.num[0];j++){                temp.num[i+j-1]+=num[i]*rhs.num[j];                temp.num[i+j]+=temp.num[i+j-1]/10;                temp.num[i+j-1]%=10;            }        }        REP(len){            if(temp.num[len-o]!=0){                temp.num[0]=len-o;                break;            }        }        return temp;    }

 

而减法和除法则较为麻烦

首先,本高精度计算不考虑负数情况,不过负数也并不难写,可以再加上一个bool来储存是否为负数

不管减数和被减数谁大,都应该是绝对值大的减去绝对值小的(符号相同)

与加法不同,减法存在借数。不过如果不管需不需要借都借一下,然后如果结果是两位数再进上去更便于书写

模仿加法稍加修改

bigNumber operator - (const bigNumber rhs)const{        bigNumber temp,a,b;        temp=Max(*this,rhs);        b=Min(*this,rhs);        a=temp;        temp=0;        int len=a.num[0];        REP(len){            temp.num[o+1]+=10+a.num[o+1]-b.num[o+1];            temp.num[o+2]--;            temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10;            temp.num[o+1]%=10;        }        REP(len){            if(temp.num[len-o]!=0){                temp.num[0]=len-o;                break;            }        }        return temp;    }

除法是最难写的一部分了,因为牵扯到试商的问题

我们先来理解一下除法的计算过程(以11311÷12为例)

1.首先,从被除数的最高位开始除有1÷12=0······1

2.余数乘10加上被除数的下一位11÷12=0······11

3.余数乘10加上被除数的下一位113÷12=9······5

4.余数乘10加上被除数的下一位51÷12=4·····3

5.余数乘10加上被除数的下一位31÷12=2·····7

得到答案11311÷12=942······7

a 0 1 2 3 4 5
5 1 1 3 1 1

 

 

 

从右向左读数,分别计算

bigNumber operator / (const bigNumber rhs)const{        bigNumber a;        int it=num[0];        bigNumber d;        bigNumber c;        while(it>0){            a=(d*10)+num[it];            c=c*10;            int t;            REP(9){                if(a < rhs * (o+1)){                    t=o;                    break;                }                t=9;            }            c=c+t;            d=a-rhs*t;            it--;        }        return c;    }

 

改一个字母,就成了取余

bigNumber operator % (const bigNumber rhs)const{        bigNumber a;        int it=num[0];        bigNumber d;        bigNumber c;        while(it>0){            a=(d*10)+num[it];            c=c*10;            int t;            REP(9){                if(a < rhs * (o+1)){                    t=o;                    break;                }                t=9;            }            c=c+t;            d=a-rhs*t;            it--;        }        return d;    }

 

然后是输出函数

void p(){        REP(num[0]){            printf("%d",num[num[0]-o]);        }    }

 


附上


 

以下是完整的bigNumber类

class bigNumber{    private:    int num[1001];    public:    bigNumber(){        init();    }    void init(){        memset(num,0,sizeof(num));    }    bigNumber operator = (const bigNumber& rhs){        init();        REP(rhs.num[0]+1)num[o]=rhs.num[o];        return *this;    }    bigNumber operator = (long long rhs){        init();        int i=1;        while(rhs){            num[i]=rhs%10;            rhs/=10;            i++;        }        num[0]=i-1;        return *this;    }    bool operator < (const bigNumber rhs)const{        if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]
(const bigNumber rhs)const{ if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]>rhs.num[0]); REP(num[0]){ int temp=num[0]-o; if(num[temp]!=rhs.num[temp])return (num[temp]>rhs.num[temp]); } return 0; } bool operator == (const bigNumber rhs)const{ return !(*this>rhs||*this
rhs.num[0]?num[0]:rhs.num[0]; len++; REP(len){ temp.num[o+1]+=num[o+1]+rhs.num[o+1]; temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10; temp.num[o+1]%=10; } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator + (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 + temp2; } bigNumber operator * (const bigNumber rhs)const{ bigNumber temp; int len; len=num[0]+rhs.num[0]; //len++; for(int i=1;i<=num[0];i++){ for(int j=1;j<=rhs.num[0];j++){ temp.num[i+j-1]+=num[i]*rhs.num[j]; temp.num[i+j]+=temp.num[i+j-1]/10; temp.num[i+j-1]%=10; } } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator * (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 * temp2; } bigNumber operator - (const bigNumber rhs)const{ bigNumber temp,a,b; temp=Max(*this,rhs); b=Min(*this,rhs); a=temp; temp=0; int len=a.num[0]; REP(len){ temp.num[o+1]+=10+a.num[o+1]-b.num[o+1]; temp.num[o+2]--; temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10; temp.num[o+1]%=10; } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator - (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 - temp2; } bigNumber operator / (const bigNumber rhs)const{ bigNumber a; int it=num[0]; bigNumber d; bigNumber c; while(it>0){ a=(d*10)+num[it]; c=c*10; int t; REP(9){ if(a < rhs * (o+1)){ t=o; break; } t=9; } c=c+t; d=a-rhs*t; it--; } return c; } bigNumber operator / (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 / temp2; } bigNumber operator % (const bigNumber rhs)const{ bigNumber a; int it=num[0]; bigNumber d; bigNumber c; while(it>0){ a=(d*10)+num[it]; c=c*10; int t; REP(9){ if(a < rhs * (o+1)){ t=o; break; } t=9; } c=c+t; d=a-rhs*t; it--; } return d; } bigNumber operator % (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 % temp2; } void p(){ REP(num[0]){ printf("%d",num[num[0]-o]); } }};
点击查看源码

 

以下是代测试数据的源码

#include 
#include
#include
using namespace std;#define REP(n) for(int o=0;o
(b))?(a):(b)class bigNumber{ private: int num[1001]; public: bigNumber(){ init(); } void init(){ memset(num,0,sizeof(num)); } bigNumber operator = (const bigNumber& rhs){ init(); REP(rhs.num[0]+1)num[o]=rhs.num[o]; return *this; } bigNumber operator = (long long rhs){ init(); int i=1; while(rhs){ num[i]=rhs%10; rhs/=10; i++; } num[0]=i-1; return *this; } bool operator < (const bigNumber rhs)const{ if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]
(const bigNumber rhs)const{ if(num[0]!=rhs.num[0])return (num[0]>rhs.num[0]); REP(num[0]){ int temp=num[0]-o; if(num[temp]!=rhs.num[temp])return (num[temp]>rhs.num[temp]); } return 0; } bool operator == (const bigNumber rhs)const{ return !(*this>rhs||*this
rhs.num[0]?num[0]:rhs.num[0]; len++; REP(len){ temp.num[o+1]+=num[o+1]+rhs.num[o+1]; temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10; temp.num[o+1]%=10; } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator + (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 + temp2; } bigNumber operator * (const bigNumber rhs)const{ bigNumber temp; int len; len=num[0]+rhs.num[0]; //len++; for(int i=1;i<=num[0];i++){ for(int j=1;j<=rhs.num[0];j++){ temp.num[i+j-1]+=num[i]*rhs.num[j]; temp.num[i+j]+=temp.num[i+j-1]/10; temp.num[i+j-1]%=10; } } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator * (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 * temp2; } bigNumber operator - (const bigNumber rhs)const{ bigNumber temp,a,b; temp=Max(*this,rhs); b=Min(*this,rhs); a=temp; temp=0; int len=a.num[0]; REP(len){ temp.num[o+1]+=10+a.num[o+1]-b.num[o+1]; temp.num[o+2]--; temp.num[o+2]+=temp.num[o+1]/10; temp.num[o+1]%=10; } REP(len){ if(temp.num[len-o]!=0){ temp.num[0]=len-o; break; } } return temp; } bigNumber operator - (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 - temp2; } bigNumber operator / (const bigNumber rhs)const{ bigNumber a; int it=num[0]; bigNumber d; bigNumber c; while(it>0){ a=(d*10)+num[it]; c=c*10; int t; REP(9){ if(a < rhs * (o+1)){ t=o; break; } t=9; } c=c+t; d=a-rhs*t; it--; } return c; } bigNumber operator / (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 / temp2; } bigNumber operator % (const bigNumber rhs)const{ bigNumber a; int it=num[0]; bigNumber d; bigNumber c; while(it>0){ a=(d*10)+num[it]; c=c*10; int t; REP(9){ if(a < rhs * (o+1)){ t=o; break; } t=9; } c=c+t; d=a-rhs*t; it--; } return d; } bigNumber operator % (const long long rhs)const{ bigNumber temp1,temp2; temp1=*this; temp2=rhs; return temp1 % temp2; } void p(){ REP(num[0]){ printf("%d",num[num[0]-o]); } }};int main(){ bigNumber a,b; a=9; b=9; a.p(); b.p(); a=a+b; printf("\n"); a.p(); printf("\n"); a=5135;b=139; a=a*b; a.p(); printf("\n"); a=9;b=7; a=a-b; a.p(); printf("\n"); a=12;b=7; a=a-b; a.p(); printf("\n"); a=11311;b=12; a=a/b; a.p(); printf("\n"); a=11311;b=12; a=a%b; a.p(); printf("\n"); return 0;}
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转载于:https://www.cnblogs.com/ohyee/p/4690061.html

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