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C++如何判断一个数是否为质数_C++高效素数筛算法实现【数学】

尼克

尼克

发布时间:2026-02-12 12:38:34

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来源于php中文网

原创

质数判断需排除小数、负数、0、1;试除只需到√n,但要用i*i

c++如何判断一个数是否为质数_c++高效素数筛算法实现【数学】

怎么写一个靠谱的 is_prime 函数

小数、负数、0、1 都不是质数,这是最容易漏掉的边界。C++ 里没有内置判断,得自己写,但别一上来就试除到 n-1——太慢,也别无脑用 sqrt(n) 而不处理浮点误差。

  • if (n 必须放最前,否则 <code>2 会进错分支
  • 单独处理 n == 2,返回 true;再排除所有偶数:if (n % 2 == 0) return false;
  • 奇数试除从 3 开始,步长为 2,上限用 i * i (比 <code>(int)sqrt(n) 更安全,避免浮点舍入和溢出)
  • 注意 i * i 可能溢出,对大整数(比如 long long)应改用 i

埃氏筛(sieve_of_eratosthenes)适合什么场景

要批量判断 [2, N] 区间内所有数是否为质数时,单个 is_prime 调用 N 次是 O(N√N),而埃氏筛是 O(N log log N),快得多。但它吃内存,且只适用于静态范围。

  • 初始化布尔数组 vector<bool> is_prime(N + 1, true)</bool>is_prime[0] = is_prime[1] = false
  • 外层循环从 2sqrt(N),只处理仍为 true 的数(即当前最小未标记质数)
  • 内层从 i * i 开始标记,不是 2*i——因为更小的倍数已被更小的质因子筛过
  • vector<bool></bool> 虽省内存,但访问慢(位压缩),高频查询可换 vector<char></char>

线性筛(linear_sieve)比埃氏筛强在哪

线性筛能做到 O(N),而且能顺便得到每个数的最小质因子(min_prime_factor),这对分解质因数、求欧拉函数等后续操作很关键。但它代码稍长,逻辑更绕,容易写错标记条件。

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  • 维护两个数组:vector<int> primes</int> 存质数,vector<int> min_p(N + 1)</int> 存最小质因子
  • 遍历 i2N,若 min_p[i] == 0,说明没被筛过 → i 是质数,加入 primes,设 min_p[i] = i
  • 对每个已知质数 p(从小到大),标记 i * p:只要 p 就继续,否则 <code>break——这是保证每个合数只被其最小质因子筛一次的关键
  • 别忘了检查 i * p 是否越界(> N),越界就跳过

常见错误:int 溢出和 sqrt 的陷阱

很多人在试除循环里写 for (int i = 2; i ,结果在 <code>n 接近 INT_MAX 时崩:一是 sqrt 返回 double,精度丢失导致循环多跑一次或少跑一次;二是 i * iint 下直接溢出,变成负数,循环永不停。

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  • 永远不要对整数用 sqrt 做循环条件,改用 i (整除安全,无浮点误差)
  • 如果 nlong long,确保 i 也是 long long,否则 i * i 仍按 int 算,溢出
  • 编译器不会帮你查这种溢出,-fsanitize=undefined 可以抓到,但线上一般不开
  • 测试一定要覆盖 23497100000000710、负数

质数判断看着简单,真正压测或上生产时,边界、类型、溢出、性能三者往往卡在同一行代码里。筛法选哪种,先想清楚你要的是单次查询、区间批量、还是附带最小质因子——选错方案,后面全白调。

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