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高精度模板

高精度

普通的long long只能存64位,可64位以上的数怎么存储呢,又怎么运算呢,这里就引入高精度。

这里博主用一个结构体来完成,用结构体有个好处,如有一些题需要用高精,我们可以像平常一样处理;

存储

struct bignum{
	
	ll n[N>>2];
    bool op=0;//1 +,0 -
    const ll mod=1e8;

这里作者压8位存储,即数组的每个位置都存一个八位数,且是倒序存储,并用0这个位置存储数组长度。op是这个数的符号,1为正,0为负。mod是在进位是用到的,压一位时就除以10,压8位是就除以1e8(意思是10^8)。举个例子:

1234597812345678123
0  3
1  45678123
2  45978123
3  123//这里的0、1、2、3即指数组的零号位置、一号位置,二号位置、三号位置 

输出

	void out()
	{
             if(!op&&(n[1]||n[0]!=1)) cout<<"-",op=0;
             printf("%lld",n[n[0]]);
             for(int i=n[0]-1;i>0;i--) printf("%08lld",n[i]);
             cout<<endl;
        }

如果op是0(!op) 并且n[1] 不为0或n[0]不为1,则输出负号,排除了符号为正和数字为0的情况。然后输出n[n[0]],也就是最高位,其余按8位输出,不满八位补0。

因为是倒序存入,所以是倒序输出。而倒序的原因是因为方便进行运算。

复制(这里相当于’=‘)

void cpy(bignum a)
{
    	for(int i=a.n[0];i>n[0];i--) n[i]=0;
    	for(int i=0;i<=a.n[0];i++) n[i]=a.n[i];
    	op=a.op;
}

这里比较好理解,第一个for实现了把其余的元素清0,第二个for实现了复制,然后把符号也复制过来。

比较

int cmp(bignum a)
{
    	if(n[0]>a.n[0]) return 1;
    	if(n[0]<a.n[0]) return -1;
    	for(int i=n[0];i;i--)
    	{
    		if(n[i]>a.n[i]) return 1;
    		if(n[i]<a.n[i]) return -1;
	}
	return 0;
}

这里是一个比较函数,注意,这里比较的是绝对值,所以并没有符号的比较。总体思路是先比较长度,在比较每一位(倒序比较),把*this与a作比较,>a返回1,<a返回-1,=a返回0;

输入

void init()
{
    	string ss;
    	cin>>ss;
    	if(ss[0]=='-') ss[0]='0',op=0;
    	int len=ss.length();
    	for(int i=len-1;i>=0;i-=8)
    	{
    		ll pw=1;
    		for(int j=i;j>i-8&&j>=0;j--)
    		{
    			n[n[0]]+=(ss[j]^48)*pw;
    			pw=(pw<<3)+(pw<<1);
		}
		++n[0];
	}
	n[0]--;
}

定义一个数组,cin输入,然后判断开头是否为负号,如果是,则把原来负号在的位置改成‘0’,并让op=0。
接下来用len来存储ss的长,倒序存储fori 用来枚举开始的位置,而forj表示从i开始,倒序访问往后8个字符,并把该字符转化成对应位置的数字,pw在这里的作用是让数字对应好他的位数。pw=(pw<<3)+(pw<<1)就等价于pw*=10;处理完后n0++, 最后n0--

因为有构造函数的存在,n0的初始值为1,所有函数最后n0会比正常值多1

交换

	void sp(bignum& b)
	{
		bignum c;
		c.cpy(*this);
		this->cpy(b);
		b.cpy(c);
	}

交换函数,没什么好说的,主要说一下this,this是一个指针,指向自己,当需要引用函数时,用this->函数(),就相当于bignum c;c.函数()。

有兴趣的读者请自行查阅

构造函数

	bignum ()
	{
		memset(n,0,sizeof(n));
		op=1;
		n[0]=1;
	}

构造函数,在定义时被引用,也就是说,你在定义了bignum a;那么同时a.n被清零,a.op=1,a.n[0]=1

运算——加法

	bignum operator + (bignum b)// a>0 b>0
	{
		bignum c;
		if(op==b.op) c.op=op;
		else
		{
			if(op==1)
			{
				b.op=1;
				return *this-b;
			}
			else
			{
				op=1;
				return b-*this;
			}
		}
		c.n[0]=max(n[0],b.n[0])+1;
		for(int i=1;i<=c.n[0];i++)
		{
			c.n[i]+=n[i]+b.n[i];
			if(c.n[i]>=mod) c.n[i]-=mod,c.n[i+1]++;
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		return c;
	}

这里使用了重载运算符operator,顾名思义,这个赋予了‘+’另外的含义,因为它被定义在结构体bignum中,所以只有是bignum类型的,才支持这种‘+’,其他类型,比如说int,该怎么样还怎么样。
定义一个结构体c,使得c=this+b,如果op和b的op相等的话,c的op也等于它们,否则,改变符号,改之前的正数减去负数。

这里不用担心改完符号后两数的大小,在‘-’中会专门处理这件事。
其余比较简单,加完进位,去前导0;

运算——减法

	bignum operator - (bignum b) //a>b>0
	{
		bignum c,d;
		d.cpy(*this);
		if(op!=b.op)
		{
			b.op^=1;
			return *this+b;
		}
		else c.op=op;
		if(this->cmp(b)==-1)
		{
			this->sp(b);
			c.op^=1;
		}
		c.n[0]=max(n[0],b.n[0]);
		for(int i=1;i<=c.n[0];i++)
		{
			c.n[i]+=n[i]-b.n[i];
			if(c.n[i]<0) c.n[i]+=mod,c.n[i+1]--;
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		this->cpy(d);
		return c;
	}

这里有两个结构体,c和d,c的作用和‘+’一样,而d的作用是暂时的存储一下this,原因就是在我们引用sp时会改变this的的值,那么最后我们要把它改回来。
这里如果this与b符号不同,就把b的符号改成另一个,即1改0,0改1,这里巧妙的用到'^',0 ^0=1,0 ^ 1=1,0 ^1=1,1 ^1=0。否则c的op就和他们一样。
如果*this比b小,交换一下两边的值,c的符号取相反。
接下来就是减法,减去,借位,除去前导0。

运算——乘法

	bignum operator * (bignum b)
	{
		bignum c;
		c.n[0]=n[0]+b.n[0];
		for(int i=1;i<=n[0];i++)
		{
			for(int j=1;j<=b.n[0];j++)
			{
				c.n[i+j-1]+=n[i]*b.n[j];
				if(c.n[i+j-1]>=mod) c.n[i+j]+=c.n[i+j-1]/mod,c.n[i+j-1]%=mod;
			}
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		if(op!=b.op) c.op=0;
		return c;
	}

乘法主要模拟了乘法竖式,没有什么好说的,如果符号不一样,c的符号就取负。
当this为i,b为j时,c相对应的是i+j-1

除法

那么在看除法之前我们需要先看一下两个操作,左移一位(乘2),右移一位(除以2)

左移一位

void ly()
{
    	++n[0];
    	for(int i=1;i<=n[0];i++)
    	{
    		n[i]<<=1;
    		if(n[i-1]>=mod) n[i-1]-=mod,++n[i];
	}
	if(!n[n[0]]&&n[0]>1) --n[0];
}

首先先假设*2后有进位,然后对数组每8位进行左移一位,处理进位,最后去除前导0。

这里倒序和正序没什么区别

右移一位

void ry()
{
    	for(int i=n[0];i;--i)
    	{
    		if((n[i]&1)&&i>1) n[i-1]+=mod;
    		n[i]>>=1;
	}
	if(!n[n[0]]&&n[0]>1) --n[0];
}

这里略有一些麻烦,for循环语句1的意思是:如果n[i]的二进制的最后一位是1(n[i]&1)且 i-1>0(i>1) ,那么在这种情况下,ni是一个奇数,右移一位是除以二,若是奇数直接除以2的话会少去余数1,,所以把ni减1,ni-1加上mod,然后右移一位。最后去除前导0

位运算比平常的乘除快
然后我们来看一下除法

运算——除法

	bignum operator / (bignum b)
	{
		bignum cp,lt,c,d;
		d.cpy(*this);
		if(op!=b.op) lt.op=0;
		cp.n[1]=1;
		while(this->cmp(b)!=-1) b.ly(),cp.ly();
		while(cp.n[1]||cp.n[0]>1)
		{
			if(this->cmp(b)!=-1)
			{
				c.cpy(*this-b);
				this->cpy(c);
				c.cpy(lt+cp);
				lt.cpy(c);
			}
			b.ry();
			cp.ry();
		}
		lt.out();
		lt.cpy(*this);
		this->cpy(d);
		return lt;
	}

因为这里会用到减法,所以仍然由d来存储this,这里又定义了cp与lt,我们先往后看,然后是符号处理,如果this比b小,那b和ly就一直乘二,如果cp1里面有值,或者cp0大于1,则继续循环,如果this比b大,则c等于this减b,然后把c复制到this里,相当于this-=b;
下面同样,lt+=cp;然后b和cp各除以2;
这一切结束后,lt里面放的是商,*this里面是余数。剩下的部分依个人情况而定。
那么这么做的原理是什么?我给大家讲讲原理,并模拟一下我们知道,

二的倍数和1可以组成任何数,
这是由于在二进制下,1是第一位;2是第二位,4是第三位......
例如:
              43210
              11001
(25)10=(11001)2=2^4+2^3+2^0=16+8+1=25

N=n*a+b;
N-n*a=b;

127=3*42+1;
127-3*42=1;

b=3*2*2*2*2*2*2=192;
cp=2*2*2*2*2*2=(64)10=(1000000)2

127<196
b>>=1,cp>>=1 
b=96 cp=(100000)2

127>96
N-=b=31
b>>=1,cp>>=1 
b=48 cp=(10000)2  lt=(100000)2

31<48
b>>=1,cp>>=1 
b=24 cp=(1000)2

31>24
N-=b=7
b>>=1,cp>>=1 
b=12 cp=(100)2  lt=(101000)2

7<12
b>>=1,cp>>=1 
b=6 cp=(10)2    

7>6
N-=b=1
b>>=1,cp>>=1 
b=3 cp=(1)2    lt=(101010)2

1<3
b>>=1,cp>>=1 
b=1 cp=(0)2
end

lt=(101010)2=(42)10

所以,cp其实模拟的是商的二进制的每一位!看看哪些2的倍数加起来是a,最后剩下的就是余数。

()2指的是2进制下的数,()10同理
最后附上完整代码

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<sstream>
#include<queue>
#include<map>
#include<vector>
#include<set>
#include<deque>
#define dd double
#define ll long long
#define N 10010
using namespace std;

struct bignum{
	
	ll n[N>>2];
    bool op=0;//1 +,0 -
    const ll mod=1e8;
	
	void out()
	{
        if(!op&&(n[1]||n[0]!=1)) cout<<"-",op=0;
        printf("%lld",n[n[0]]);
        for(int i=n[0]-1;i>0;i--) printf("%08lld",n[i]);
        cout<<endl;
    }//over
    
    void ry()
    {
    	for(int i=n[0];i;--i)
    	{
    		if((n[i]&1)&&i>1) n[i-1]+=mod;
    		n[i]>>=1;
		}
		if(!n[n[0]]&&n[0]>1) --n[0];
	}
    
    void ly()
    {
    	++n[0];
    	for(int i=1;i<=n[0];i++)
    	{
    		n[i]<<=1;
    		if(n[i-1]>=mod) n[i-1]-=mod,++n[i];
		}
		if(!n[n[0]]&&n[0]>1) --n[0];
	}
    
    void cpy(bignum a)
    {
    	for(int i=a.n[0];i>n[0];i--) n[i]=0;
    	for(int i=0;i<=a.n[0];i++) n[i]=a.n[i];
    	op=a.op;
	}
    
    int cmp(bignum a)
    {
    	if(n[0]>a.n[0]) return 1;
    	if(n[0]<a.n[0]) return -1;
    	for(int i=n[0];i;i--)
    	{
    		if(n[i]>a.n[i]) return 1;
    		if(n[i]<a.n[i]) return -1;
		}
		return 0;
	}
    
    void init()
    {
    	string ss;
    	cin>>ss;
    	if(ss[0]=='-') ss[0]='0',op=0;
    	int len=ss.length();
    	for(int i=len-1;i>=0;i-=8)
    	{
    		ll pw=1;
    		for(int j=i;j>i-8&&j>=0;j--)
    		{
    			n[n[0]]+=(ss[j]^48)*pw;
    			pw=(pw<<3)+(pw<<1);
			}
			++n[0];
		}
		n[0]--;
	}
	
	void sp(bignum& b)
	{
		bignum c;
		c.cpy(*this);
		this->cpy(b);
		b.cpy(c);
	}
	
	bignum ()
	{
		memset(n,0,sizeof(n));
		op=1;
		n[0]=1;
	}
	
	bignum operator + (bignum b)// a>0 b>0
	{
		bignum c;
		if(op==b.op) c.op=op;
		else
		{
			if(op==1)
			{
				b.op=1;
				return *this-b;
			}
			else
			{
				op=1;
				return b-*this;
			}
		}
		c.n[0]=max(n[0],b.n[0])+1;
		for(int i=1;i<=c.n[0];i++)
		{
			c.n[i]+=n[i]+b.n[i];
			if(c.n[i]>=mod) c.n[i]-=mod,c.n[i+1]++;
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		return c;
	}
	
	bignum operator - (bignum b) //a>b>0
	{
		bignum c,d;
		d.cpy(*this);
		if(op!=b.op)
		{
			b.op^=1;
			return *this+b;
		}
		else c.op=op;
		if(this->cmp(b)==-1)
		{
			this->sp(b);
			c.op^=1;
		}
		c.n[0]=max(n[0],b.n[0]);
		for(int i=1;i<=c.n[0];i++)
		{
			c.n[i]+=n[i]-b.n[i];
			if(c.n[i]<0) c.n[i]+=mod,c.n[i+1]--;
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		this->cpy(d);
		return c;
	}
	
	bignum operator * (bignum b)
	{
		bignum c;
		c.n[0]=n[0]+b.n[0];
		for(int i=1;i<=n[0];i++)
		{
			for(int j=1;j<=b.n[0];j++)
			{
				c.n[i+j-1]+=n[i]*b.n[j];
				if(c.n[i+j-1]>=mod) c.n[i+j]+=c.n[i+j-1]/mod,c.n[i+j-1]%=mod;
			}
		}
		while(!c.n[c.n[0]]&&c.n[0]>1) c.n[0]--;
		if(op!=b.op) c.op=0;
		return c;
	}
	
	bignum operator / (bignum b)
	{
		bignum cp,lt,c,d;
		d.cpy(*this);
		if(op!=b.op) lt.op=0;
		cp.n[1]=1;
		while(this->cmp(b)!=-1) b.ly(),cp.ly();
		while(cp.n[1]||cp.n[0]>1)
		{
			if(this->cmp(b)!=-1)
			{
				c.cpy(*this-b);
				this->cpy(c);
				c.cpy(lt+cp);
				lt.cpy(c);
			}
			b.ry();
			cp.ry();
		}
		lt.out();
		lt.cpy(*this);
		this->cpy(d);
		return lt;
	}
	
};

int main()
{
	bignum a,b,c;
	a.init();
	b.init();
	cout<<endl;
	cout<<endl;
	c.cpy(a+b);
	c.out();
	c.cpy(a-b);
	c.out();
	c.cpy(a*b);
	c.out();
	c.cpy(a/b);
	c.out();
}

这个代码有一个漏洞,如果存的数位数很大,大约有2000位这么大,会出现在输入时输入不完的问题,大概是到了string或cin的极限了吧,看看以后有机会改一下。

posted @ 2020-05-09 21:59  hyl天梦  阅读(315)  评论(0编辑  收藏  举报