标签：大数运算
本人在在写这个小项目的时候，首先考虑到数的存储问题。计算机能够表示的最大值为0x7FFFFFFFFFFFFFFF,最小值为0x8000000000000000，那么要运算比这个大的数字该怎么办呢？是否可以使用字符串来保存比计算机能够表示的最大的数呢？怎么初始化大数呢？字符串的加减乘除该怎么实现呢？成员变量需要怎么定义呢？
1.是否可以使用字符串来保存比计算机能够表示的最大的数呢？
学过c++的同学肯定对string很熟悉，是c++用来维护字符串的一个类。可以用来维护字符串。
1).加法：用字符串模仿加法，以此取到左右操作数的最低位相加模拟加法。
2).减法：同样可以取到左右操作数的最低位进行模拟减法。
3).乘法：同样可以取道左右操作数的最低位进行模拟乘法。
4).除法：可以取到和右操作数相同的位数或者大一位进行模拟除法。
相同这些那么类的成员变量就不难得出了。
class BigData
{
private:
long long _value;
string _strData;
};2.怎么初始化大数呢？
初始化字符串是为了更好的支持，加减乘除的运算。那么初始化分为几个部分？显而易见分为两个部分---1.long long类型以内的整数 2.字符串类型。当然这里考虑的是字符串的初始化。
eg:传入字符串"123456" "+123456" "-123456" " " "00000123456" "qwert123456" "1234567qwert" 该怎么样初始化呢？
1).为了后面的计算，我们首先需要在字符串的前面设置一个符号位用了保存字符串的属性。那么首当其冲就是判断符号位了。
2).接下来就要处理有效位前面有0的情况。
分析上面的字符串现在变成什么样的情况--"123456" "123456" "123456" "123456" "1234567qwert"
3).那么就很好确定思路处理"1234567qwert"的情况然后将字符串保存在string _strData中。
4).会发现_strData中字符串是反序的 --- "654321",所以需要逆序字符串。
BigData::BigData(INT64 x)
:_value(x)
{
_INIT64ToString();
}
BigData::BigData(const char* cData)
{
if (cData == NULL)
{
assert(false);
return;
}
char* ptr = (char*)cData;
char cSymbol = cData[0]; //“0000” ""
if (cSymbol == ‘-‘ || cSymbol == ‘+‘)
{
ptr++;
}
else if (cSymbol >= ‘0‘ && cSymbol <= ‘9‘)
{
cSymbol = ‘+‘;
}
else
{
return;
}
while (*ptr == ‘0‘)
{
++ptr;
}
_strData.resize(strlen(cData) + 1);
_strData[0] = cSymbol;
_value = 0;
int iCount = 1;
while (*ptr >= ‘0‘ && *ptr <= ‘9‘)
{
_value = _value * 10 + (*ptr - ‘0‘);
_strData[iCount++] = *ptr;
++ptr;
}
_strData.resize(iCount);
if (cSymbol == ‘-‘)
{
_value = 0 - _value;
}
}
void BigData::_INIT64ToString()
{
char cSymbol = ‘+‘;
if (_value < 0)
{
cSymbol = ‘-‘;
//----------------------------------------------------
}
INT64 tmp = _value;
_strData.append(1, cSymbol);
while (tmp)
{
_strData.append(1, tmp % 10 + ‘0‘);
tmp /= 10;
}
char* pLeft = (char*)_strData.c_str() + 1;
char* pRight = pLeft + _strData.size() - 2;
while (pLeft < pRight)
{
char cmp = *pLeft;
*pLeft = *pRight;
*pRight = cmp;
pLeft++;
pRight--;
}
}3.字符串的加减乘除该怎么实现呢？
bool BigData::isOverFlowINT64()const
{
string tmp("9223372036854775807");
if (_strData[0] == ‘-‘)
{
tmp = "-9223372036854775808";
}
if (_strData.size() < tmp.size())
{
return true;
}
else if (_strData.size() == tmp.size() && _strData<tmp)
{
return true;
}
return false;
}
ostream& operator<<(ostream& out, const BigData& bigdata)
{
if (bigdata.isOverFlowINT64())
{
out << bigdata._value;
return out;
}
else
{
char* pstr = (char*)bigdata._strData.c_str();
if (pstr[0] == ‘+‘)
{
pstr++;
}
out << pstr;
}
return out;
}
BigData BigData::operator+(const BigData& bigdata)
{
if (isOverFlowINT64() && bigdata.isOverFlowINT64())
{
if (_strData[0] != bigdata._strData[0])
{
return (_value + bigdata._value);
}
else
{
INT64 tmp = MIN_INT64;
if (_value > 0 && MAX_INT64 - _value >= bigdata._value
|| _value < 0 && tmp - _value <= bigdata._value) //--------------
{
return (_value + bigdata._value);
}
}
}
if (_strData[0] == bigdata._strData[0]) //同号溢出的情况，调用jianfa------------------------------
{
return BigData(Add(_strData, bigdata._strData).c_str());
}
return BigData(Sub(_strData, bigdata._strData).c_str()); //异号溢出的情况，调用jiafa
}
BigData BigData::operator-(const BigData& bigdata)
{
if (isOverFlowINT64() && bigdata.isOverFlowINT64())
{
if (_strData[0] == bigdata._strData[0])
{
return BigData(_value - bigdata._value);
}
else
{
if ((_value > 0 && MAX_INT64 + bigdata._value >= _value) ||
(_value < 0 && MIN_INT64 + bigdata._value <= _value))
{
return BigData(_value - bigdata._value);
}
}
}
if (_strData[0] != bigdata._strData[0])
{
return BigData(Add(_strData,bigdata._strData).c_str());
}
return BigData(Sub(_strData, bigdata._strData).c_str());
}
BigData BigData::operator*(const BigData& bigdata)
{
if (_value == 0 || bigdata._value == 0)
{
return BigData(INT64(0));
}
if (isOverFlowINT64() && bigdata.isOverFlowINT64())
{
if (_strData[0] == bigdata._strData[0])
{
if ((_value > 0 && MAX_INT64 / _value >= bigdata._value) ||
(_value < 0 && MIN_INT64 / _value <= bigdata._value)) // -10 -2 = 5
{
return BigData(_value * bigdata._value);
}
}
else
{
//-10 2 -5
if ((_value > 0 && MIN_INT64 / _value <= bigdata._value) || //-10 2 = -5 <= -3
(_value < 0 && MIN_INT64 / _value >= bigdata._value)) //-10 -2 = 5 >= 3
{
return BigData(_value * bigdata._value);
}
}
}
return BigData(Mul(_strData, bigdata._strData).c_str());
}
BigData BigData::operator/(const BigData& bigdata)
{
if (bigdata._strData[1] == ‘0‘) //处理除数为0的情况
{
assert(false);
}
if (isOverFlowINT64() && bigdata.isOverFlowINT64()) //处理不溢出的情况
{
return BigData(_value / bigdata._value);
}
if (_strData.size() < bigdata._strData.size() || //左边小于右边的情况
(_strData.size() == bigdata._strData.size()
&& strcmp(_strData.c_str() + 1, bigdata._strData.c_str() + 1) < 0))
{
return BigData(INT64(0));
}
if (bigdata._strData == "-1" || bigdata._strData == "+1") //处理除数为+1 -1的情况
{
string ret = _strData;
if (_strData[0] != bigdata._strData[0])
{
ret[0] = ‘-‘;
}
return BigData(ret.c_str());
}
if (_strData.size() == bigdata._strData.size() //处理除数与被除数一样的情况（除过符号位）
&& strcmp(_strData.c_str() + 1, bigdata._strData.c_str() + 1) == 0)
{
string ret = "+1";
if (_strData[0] != bigdata._strData[0])
{
ret[0] = ‘-‘;
}
return BigData(ret.c_str());
}
return BigData(Div(_strData, bigdata._strData).c_str());
}
string BigData::Add(string left, string right)
{
int leftsize = left.size();
int rightsize = right.size();
if (leftsize < rightsize)
{
swap(left, right);
swap(leftsize, rightsize);
}
string iRet;
iRet.resize(leftsize + 1);
iRet[0] = left[0];
int step = 0;
for (int i = 1; i < leftsize; i++)
{
char cRet = left[leftsize - i] - ‘0‘ + step;
if (i < rightsize)
{
cRet += right[rightsize - i] - ‘0‘;
}
iRet[leftsize - i + 1] = cRet % 10 + ‘0‘;
step = cRet/10;
}
iRet[1] = step + ‘0‘;
return iRet;
}
string BigData::Sub(string left, string right)
{
int leftsize = left.size();
int rightsize = right.size();
char cSymbol = ‘+‘;
//10 - 11 = -1
//-3 - -7 = 4
if (leftsize < rightsize || leftsize == rightsize && left<right)
{
swap(left, right);
swap(leftsize, rightsize);
if (cSymbol == ‘+‘)
{
cSymbol = ‘-‘;
}
else
{
cSymbol = ‘+‘;
}
}
string strRet;
strRet.resize(left.size());
strRet[0] = cSymbol;
for (int Idx = 1; Idx < leftsize; ++Idx)
{
char cRet = left[leftsize - Idx] - ‘0‘;
if (Idx < rightsize)
{
cRet -= right[rightsize - Idx] - ‘0‘;
}
if (cRet < 0)
{
left[leftsize - Idx - 1] -= 1;
cRet += 10;
}
strRet[leftsize - Idx] = cRet + ‘0‘;
}
return strRet;
}
string BigData::Mul(string left, string right)
{
char cSymbol = ‘+‘;
if (left[0] != right[0])
{
cSymbol = ‘-‘;
}
int leftsize = left.size();
int rightsize = right.size();
if (leftsize < rightsize)
{
swap(left, right);
swap(leftsize, rightsize);
}
string sRet;
sRet.assign(leftsize + rightsize - 1,‘0‘);
sRet[0] = cSymbol;
int iDataLen = sRet.size();
int ioffset = 0;
for (int iLIdx = 1; iLIdx < leftsize; iLIdx++)
{
char cLeft = left[leftsize - iLIdx] - ‘0‘;
char cStep = 0;
if (cLeft == ‘0‘)
{
ioffset++;
continue;
}
for (int iRIdx = 1; iRIdx < rightsize; iRIdx++)
{
char cRet = cLeft*(right[rightsize - iRIdx] - ‘0‘) + cStep;
cRet += sRet[iDataLen - iRIdx - ioffset] - ‘0‘;
sRet[iDataLen - iRIdx - ioffset] = (cRet % 10 + ‘0‘);
cStep = cRet/10;
}
sRet[iDataLen - rightsize - ioffset] += cStep;
ioffset++;
}
return sRet;
}
string BigData::Div(string left, string right)
{
string sRet;
sRet.append(1, ‘+‘);
if (left[0] != right[0])
{
sRet[0] = ‘-‘;
}
char* pLeft = (char*)(left.c_str() + 1);
char* pRight = (char*)(right.c_str() + 1);
int DataLen = right.size() - 1;
int Lsize = left.size() - 1;
for (int iIdx = 0; iIdx < Lsize;)
{
if (*pLeft == ‘0‘)
{
sRet.append(1, ‘0‘);
pLeft++;
iIdx++;
continue;
}
if (!IsLeftStrBig(pLeft, DataLen, pRight, right.size() - 1))
{
sRet.append(1, ‘0‘);
DataLen++;
if (DataLen + iIdx > Lsize)
{
break;
}
}
else
{
sRet.append(1, subloop(pLeft, DataLen, pRight, right.size() - 1));
while (*pLeft == ‘0‘ && DataLen > 0)
{
pLeft++;
iIdx++;
DataLen--;
}
DataLen++;
if (DataLen + iIdx > Lsize)
{
break;
}
}
}
return sRet;
}
bool BigData::IsLeftStrBig(const char* pLeft, int Lsize, const char* pRight, int Rsize)
{
if (Lsize > Rsize || (Lsize == Rsize && strcmp(pLeft, pRight) >= 0))
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
char BigData::subloop(char* pLeft, int Lsize, char* pRight, int Rsize)
{
assert(pLeft && pRight);
char cRet = ‘0‘;
while (1)
{
if (!IsLeftStrBig(pLeft, Lsize, pRight, Rsize))
{
break;
}
int LDataLen = Lsize - 1;
int RDataLen = Rsize - 1;
while (LDataLen >= 0 && RDataLen >= 0)
{
char ret = pLeft[LDataLen] - ‘0‘;
ret -= pRight[RDataLen] - ‘0‘;
if (ret < 0)
{
pLeft[LDataLen - 1] -= 1;
ret += 10;
}
pLeft[LDataLen] = ret + ‘0‘;
LDataLen--;
RDataLen--;
}
while (*pLeft == ‘0‘ && Lsize > 0 )
{
pLeft++;
Lsize--;
}
cRet++;
}
return cRet;
} 4.BigData类
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using namespace std;
typedef long long INT64;
#define MIN_INT64 0x8000000000000000
#define MAX_INT64 0x7FFFFFFFFFFFFFFF
class BigData
{
public:
BigData(INT64 x);
BigData(const char* cData);
BigData operator+(const BigData& bigdata);
BigData operator-(const BigData& bigdata);
BigData operator*(const BigData& bigdata);
BigData operator/(const BigData& bigdata);
protected:
string Add(string left, string right);
string Sub(string left, string right);
string Mul(string left, string right);
string Div(string left, string right);
friend ostream& operator<<(ostream& out, const BigData& bigdata);
bool isOverFlowINT64()const;
bool IsLeftStrBig(const char* pLeft, int Lsize, const char* pRight, int Rsize);
char subloop(char* pLeft, int Lsize, char* pRight, int Rsize);
void _INIT64ToString();
private:
INT64 _value;
string _strData;
};总结：分为两种思路，处理long long 类型的方法 && 处理溢出的情况。
以上就是本人在学习过程中的一些经验总结。当然，本人能力有限，难免会有纰漏，希望大家可以指正。
本文出自 “做一个小小小司机” 博客，请务必保留此出处http://10799170.blog.51cto.com/10789170/1766030
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