(压位)高精度思想教程 与 代码实现

高精度这玩意儿真是好久没写了,时隔多年,从 Pascal 转到 C++ , 代码风格也变了

重新编了一下(经过潘神指导!),觉得比以前写的好多了~


想了想干脆写一个小教程,希望初学者能有所收获~~


一.高精度四则运算思想

高精度这个东西其实谁都会,上过小学数学课就知道高精度怎么做了,就是按照人的运算方式,一位一位运算。

1.加法 

就是 从个位开始 两个数字相加,如果有进位,就加到十位,再算十位相加,……

2.减法 

也是从个位开始 两个数字相减,如果得到的数字小于 0,那么就加上 10,并且把被减数的十位减一,……

3.乘法 

第一个数乘以第二个数的个位,写下来,右边与个位对齐,再与第二个数的十位相乘,右边与十位对齐,……

仔细想一想,会发现其实 第一个数 从右数起的第 i 位,不妨设为 2 乘以 第二个数从右数起的第 j 位,不妨设为 8,就相当于 2*10^(i-1) * 8*10^(j-1)

这个乘积所贡献的就是 答案从右数起的 第 i+j-1 位, 即 16 *10^(i+j-2) ,把 进位到 从右数起的第 i+j 位上,留下 6 . 即可。

4.除法 

除法其实是减法的延伸,打个比方,24723 除以 123

按照人的做法,从高位开始一位一位取出被除数的数字

先是 2,判断是否小于 123, 小于那答案这一位就置 0

再取一位,24, 还是小于,答案这一位置0

再取一位,247,这时候比 123 大了,那就看能减多少个 123, 发现减 次之后比 123 小了,那么答案的第 位上就是2, 减剩下的数是  

重复那个过程,取一位,12, 小于 123 ,答案这一位置 0

再取一位, 123, 不小于 123 了, 看能减多少个, 发现能减一个, 那么答案第 位就是 

剩下的数为 , 而被除数的数也被取光了,运算结束。

答案为 00201 ,整理一下即为 201


二、存储方式

实践下来为了方便起见,把最低位存在数组的第一位,最高位存在最后一位,是最容易编写程序的,道理很简单,因为每次都是从最低位开始做的,而且乘法显然会方便很多。

我一般用一个 struct 来表示一个高精度数,里面有个 数组, a[0] 为该数的长度,a[1] 是个位,a[2] 是十位,以此类推。


三.压位高精度

本质其实是一样的,只不过存储方式与输出方式有不同。

比如数 103 

用十位的高精度存 a[0] = 3, a[1] = 3, a[2] = 0, a[3] = 1

用百位的高精度存 a[0] = 2, a[1] = 3, a[2] = 1

要注意的是输出的时候 a[1] 不能只输出一个 3, 而要输出 03.


四.代码实现

#include 
#include 
#include 


using namespace std;


const int power = 1;      //每次运算的位数为10的power次方,在这里定义为了方便程序实现
const int base = 10;      //10的power次方。


//要压位的时候,只需改power 和 base即可,如压万位高精,那么power = 4, base = 10000


const int MAXL = 1001;    //数组的长度。


char a[MAXL], b[MAXL];
struct num
{
    int a[MAXL];
    num() { memset(a, 0, sizeof(a)); }                      //初始化
    num(char *s)                                            //将一个字符串初始化为高精度数
    {
        memset(a, 0, sizeof(a));
        int len = strlen(s);
        a[0] = (len+power-1) / power;                       //数的长度
        for (int i=0, t=0, w; i < len ;w *= 10, ++i)        
        {
            if (i % power == 0) { w = 1, ++t; }
            a[t] += w * (s[i]-'0');
        }
        //初始化数组,这里自己模拟一下,应该很容易懂的~
    }
    void add(int k) { if (k || a[0]) a[ ++a[0] ] = k; }     //在末尾添加一个数,除法的时候要用到
    void re() { reverse(a+1, a+a[0]+1); }                   //把数反过来,除法的时候要用到
    void print()                                            //打印此高精度数
    {
        printf("%d", a[ a[0] ]);      
        //先打印最高位,为了压位 或者 该高精度数为0 考虑
        for (int i = a[0]-1;i > 0;--i)
        printf("%0*d", power, a[i]);  
        //这里"%0*d", power的意思是,必须输出power位,不够则前面用0补足
        printf("\n");
    }
} p,q,ans;


bool operator < (const num &p, const num &q)              //判断小于关系,除法的时候有用
{
    if (p.a[0] < q.a[0]) return true;
    if (p.a[0] > q.a[0]) return false;
    for (int i = p.a[0];i > 0;--i)
    {
        if (p.a[i] != q.a[i]) return p.a[i] < q.a[i];
    }
    return false;
}


num operator + (const num &p, const num &q)               //加法,不用多说了吧,模拟一遍,很容易懂
{
    num c;
    c.a[0] = max(p.a[0], q.a[0]);
    for (int i = 1;i <= c.a[0];++i)
    {
        c.a[i] += p.a[i] + q.a[i];
        c.a[i+1] += c.a[i] / base;
        c.a[i] %= base;
    }
    if (c.a[ c.a[0]+1 ]) ++c.a[0];
    return c;
}


num operator - (const num &p, const num &q)               //减法,也不用多说,模拟一遍,很容易懂
{
    num c = p;
    for (int i = 1;i <= c.a[0];++i)
    {
        c.a[i] -= q.a[i];
        if (c.a[i] < 0) { c.a[i] += base; --c.a[i+1]; }
    }
    while (c.a[0] > 0 && !c.a[ c.a[0] ]) --c.a[0];          
    //我的习惯是如果该数为0,那么他的长度也是0,方便比较大小和在末尾添加数时的判断。
    return c;
}


num operator * (const num &p, const num &q)                 
//乘法,还是模拟一遍。。其实高精度就是模拟人工四则运算!
{
    num c;
    c.a[0] = p.a[0]+q.a[0]-1;
    for (int i = 1;i <= p.a[0];++i)
    for (int j = 1;j <= q.a[0];++j)
    {
        c.a[i+j-1] += p.a[i]*q.a[j];
        c.a[i+j] += c.a[i+j-1] / base;
        c.a[i+j-1] %= base;
    }
    if (c.a[ c.a[0]+1 ]) ++c.a[0];
    return c;
}


num operator / (const num &p, const num &q)               //除法,这里我稍微讲解一下
{
    num x, y;
    for (int i = p.a[0];i >= 1;--i)                       //从最高位开始取数
    {
        y.add(p.a[i]);             //把数添到末尾(最低位),这时候是高位在前,低位在后
        y.re();                    //把数反过来,变为统一的存储方式:低位在前,高位在后
        while ( !(y < q) )         //大于等于除数的时候,如果小于的话,其实答案上的该位就是初始的“0”
            y = y - q, ++x.a[i];   //看能减几个除数,减几次,答案上该位就加几次。
        y.re();                    //将数反过来,为下一次添数做准备
    }
    x.a[0] = p.a[0];
    while (x.a[0] > 0 && !x.a[x.a[0]]) --x.a[0];
    return x;
}


int main()
{
    scanf("%s", a);
    scanf("%s", b);
    reverse(a, a+strlen(a));
    reverse(b, b+strlen(b));

    p = num(a), q = num(b);

    ans = p + q;
    ans.print();

    ans = p - q;
    ans.print();

    ans = p * q;
    ans.print();

    ans = p / q;
    ans.print();
}


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