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c++怎么实现高精度计算_c++ 大数类定义与运算符重载【案例】

尼克

尼克

发布时间:2026-01-04 19:00:02

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来源于php中文网

原创

C++标准整型无法处理100位大数,需自定义大数类;推荐用vector存低位在前的十进制数码,符号单独用bool管理;加减法通过同号相加、异号转减并比较绝对值大小来统一处理,确保边界安全。

c++怎么实现高精度计算_c++ 大数类定义与运算符重载【案例】

标准 intlong long 在 C++ 中撑不住 100 位整数的加减乘除——必须自己写大数类。这不是“能不能做”的问题,是“怎么让运算符重载不崩、不慢、不出错”的问题。

大数怎么存?字符串还是 vector

std::string 存数字字符(如 "12345")最直观,但每次运算都要 char - '0' 转换,进位逻辑易错;更推荐 std::vector 存低位在前的十进制数码(如 {5,4,3,2,1} 表示 12345),方便逐位计算和自动扩容。

  • 避免用 vector:类型窄,容易溢出,算术转换麻烦
  • 不要存为正负号 + 绝对值两段:符号参与运算时逻辑分支爆炸(比如减法变加法再判符号)
  • 统一用「补码思维」以外的纯正整数表示,符号单独用 bool sign 管理,加减法逻辑更干净

operator+ 和 operator- 怎么写才不出错?

核心是模拟手算:从低位开始,带进位/借位循环,最后去掉前导零。关键不是“能加”,而是“边界全控住”——比如两数异号时,a + b 实际要调 abs(a) - abs(b) 或反过来,且结果符号取决于绝对值大小。

BigNum BigNum::operator+(const BigNum& other) const {
    if (sign == other.sign) {
        // 同号:直接加绝对值,符号不变
        BigNum res = add_abs(*this, other);
        res.sign = sign;
        return res;
    } else {
        // 异号:转为减法,符号由绝对值大的一方决定
        if (abs_cmp(*this, other) >= 0) {
            BigNum res = sub_abs(*this, other);
            res.sign = sign;
            return res;
        } else {
            BigNum res = sub_abs(other, *this);
            res.sign = other.sign;
            return res;
        }
    }
}
  • add_abssub_abs 只处理非负数,内部不用管符号,大幅降低出错概率
  • abs_cmp(a, b) 返回 -1/0/1,比写 a.abs() 避免临时对象和重复计算
  • 千万记得在 sub_abs 结果中清零前导 0,否则 "1000 - 999" 可能返回 {0,0,0,1} → 输出 "1000"

operator* 为什么不能简单套三层 for?

朴素 O(n²) 乘法对 10⁴ 位数已明显卡顿(1e8 次操作)。但除非真要跑 10⁵ 位,否则先别急着上 FFT——99% 的作业/竞赛场景下,优化点其实在细节:

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  • 提前判断是否有零:只要一个数是 "0",直接返回 BigNum(0)
  • 交换乘数顺序:让较短的数当内层循环,减少总迭代次数
  • reserve() 预分配结果空间(a.size() + b.size() 足够)
  • 进位不要每步都模 10:累积到 int 不溢出再统一处理(例如用 long long 累加单个位置的贡献)

错误示范:for (int i...) for (int j...) res[i+j] += a[i]*b[j]; res[i+j] %= 10; —— 这里 a[i]*b[j] 可能达 81,1000 位相乘时某位置累加超千次,int 直接溢出。

输入输出和隐式转换最容易漏掉什么?

很多人写了加减乘,一跑样例就崩溃,八成栽在这三处:

  • 构造函数接受 const char* 时没处理空指针或空串:BigNum("") 应等价于 BigNum(0)
  • operator 忘了输出负号:signtrue(表示负)时,开头不打 '-'
  • 允许 int 隐式构造(如 BigNum a = 123;),但没加 explicit,导致 func(BigNum) 被意外传入 int,隐藏性能开销

建议构造函数这样写:
BigNum(long long n = 0) 处理小整数;
BigNum(const std::string& s) 处理字符串;
其余全部 explicit,杜绝意外类型转换。

真正难的不是写出能跑的版本,是让 BigNum("999999999999999999999999999999") * BigNum("999999999999999999999999999999") 既不错位、也不爆内存、还不会在第 1000 次调用后突然少一位——所有坑都在符号、前导零、进位累积和隐式转换里,不在算法本身。

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