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C++怎么处理大数运算_C++高精度计算实现【数值】

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-23 08:13:02

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来源于php中文网

原创

long long 不够用需手写高精度,因其上限约9.2×10¹⁸,阶乘、大组合数等易溢出且静默截断;字符串模拟竖式加减乘除最稳妥,注意统一长度、倒序计算、显式进借位、去前导零。

c++怎么处理大数运算_c++高精度计算实现【数值】

为什么 long long 不够用,就得自己写高精度

因为 C++ 原生整型最大只到 long long(通常 64 位,上限约 9.2×10¹⁸),一旦涉及阶乘、大组合数、密码学模幂或超长斐波那契,直接溢出——而且不报错,只静默截断。这时候不是“能不能算”,而是“算出来是不是对的”。

常见错误现象:factorial(50) 返回负数或 0;a + b 结果比 a 还小;用 double 强转大整数后丢失末尾几位。

  • 别用 doublelong double 模拟整数运算——精度在 2⁵³ 之后就保不住整数位
  • 标准库没有高精度整数,boost::multiprecision 是可选但引入依赖;手写更轻量、可控,也更适合 OJ 或嵌入式场景
  • 字符串存数字最稳妥:高位在前,逐位模拟竖式加减乘除,避免内存碎片和浮点误差

加减法怎么写才不容易越界或漏进位

核心是统一长度、倒序计算、进位/借位显式管理。很多人正着扫字符串,结果边界判断乱成一团。

实操建议:

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  • 先补前导零,让两个 string 长度一致,比如 "123""45""123""045"
  • 从末尾开始遍历(i = len - 10),用 int digit = s[i] - '0' 转数字,别用 stoi(s.substr(i,1)) ——开销大还易崩
  • 加法进位用 carry = (a + b + carry) / 10,当前位存 (a + b + carry) % 10;减法借位要提前判断是否需借,别等结果为负再修正
  • 最后记得去掉前导零,但至少保留一位——"0" 不能变成空串

示例关键片段:

string add(string a, string b) {<br>  while (a.size() < b.size()) a = "0" + a;<br>  while (b.size() < a.size()) b = "0" + b;<br>  string res = "";<br>  int carry = 0;<br>  for (int i = a.size()-1; i >= 0; i--) {<br>    int d1 = a[i] - '0', d2 = b[i] - '0';<br>    int sum = d1 + d2 + carry;<br>    res = char('0' + sum % 10) + res;<br>    carry = sum / 10;<br>  }<br>  if (carry) res = char('0' + carry) + res;<br>  return res[0] == '0' && res.size() > 1 ? res.substr(1) : res;<br>}

乘法用朴素 O(n²) 就够用,但别忽略符号和零

OJ 题目里 1000 位以内用双循环模拟竖式完全够快;FFT 太重,且容易因浮点误差翻车。真正卡住人的,是边界逻辑。

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常见坑:

  • 没处理负号:先记录符号,全程用绝对值运算,最后拼上 "-"
  • 输入含前导零但不是全零,比如 "0012" → 应当先 stoll 再转回字符串?不行,会溢出;正确做法是手动去前导零,但保留一个 "0"
  • 两数相乘结果长度最多为 a.size() + b.size(),数组/字符串预分配别小了,否则越界写内存
  • 内层循环累加时,别直接 res[i+j+1] += d1 * d2 ——得先转成数字再加,否则字符相加是 ASCII 码

关键点:乘法本质是「按位贡献」,a[i]b[j] 相乘影响结果的第 i+j+1 位(从右往左数,最低位是第 0 位),这个索引关系必须对。

除法最难调,优先考虑是否真需要它

除法涉及试商,暴力枚举商每一位可能 TLE;用减法硬啃大数除小数(比如除 int)可以,但除大数只能上二分或长除法模拟——而后者极易下标错位、余数更新遗漏。

实操建议:

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  • 如果只是除以小整数(),用「从高位往下逐位带余除」:维护当前余数 <code>r,每次 r = r * 10 + digit,再做整除,商追加,余数更新——这是唯一推荐的手写场景
  • 两个大数相除?先确认题目真要精确商——很多题实际只需要模意义下的结果,用 modmul + 费马小定理替代除法更稳
  • std::vector<int></int> 存逆序数字(个位在 index 0)能简化除法下标,但要注意输出时翻转;字符串存正序更直观,但除法中反复 substr 和拼接很慢

真正麻烦的永远不是算法本身,是“0 除以任何非零数得 0”、“被除数比除数短直接返 0”、“除数为 0 的检查”这些看似 trivial 却常被跳过的分支。

高精度不是写一遍就能跑通的,最耗时间的是调试借位方向、前导零位置、符号拼接时机——这些地方一错,输出看起来像那么回事,但第 100 组数据就挂。

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