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大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn)

大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn)



[摘要] 大數(shù)運算不僅僅運用在密碼學(xué)中,還運用在一些物理學(xué)研究、生物學(xué),化學(xué)等科目中。大數(shù)運算,意味著參加的值和計算結(jié)果通常是以上百位數(shù),上千位數(shù)以及更大長度之間的整數(shù)運算。例如大家所熟知圓周率π的值,在一般的數(shù)值計算中用到圓周率的不須要多大的精度,但在計算一些星球或是星系上的體積面積時便顯的誤差很大了,這就要求π值計算的精度達到幾百萬位甚至更高,才能縮小誤差。人工計算是遠遠不行了,而且本身誤差也無法估計。只有在計算機中用大數(shù)運算求π值了。又如,考古學(xué)家計算石頭內(nèi)的碳元素衰變來考證地球形成的時間,更是將計算的結(jié)果精確到了百年以內(nèi)。所以說大數(shù)的運算是涉及領(lǐng)域多,應(yīng)用范廣,與我們生活息息關(guān)。在此,我采用一個在C語言下實現(xiàn)計算大數(shù)運算的一個程序為例,講解包括了大數(shù)的加法,減法,乘法和除法及求冪運算的算法及代碼。

[關(guān)鍵詞] 大數(shù)計算 網(wǎng)絡(luò)安全 密碼學(xué)







    隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和因特網(wǎng)的廣泛普及,網(wǎng)絡(luò)安全事故逐年增加,黑客的攻擊已經(jīng)和病毒并列成為對信息安全影響最嚴重的兩大危害。其很大程度上是被黑客破解了用戶的計算機名及登陸密碼及資料的加密較差,而使得黑客來對網(wǎng)民的資料如同自己般的隨意更改和破壞。而安全的密碼和賬號成為了網(wǎng)民的安全之本,怎么才能提高安全問題成為的人們和社會關(guān)注的問題。而加密大部又是以大素數(shù)的計算為基礎(chǔ)的,如非對稱密碼體制RSA的安全性依賴于對大數(shù)進行因數(shù)分解的耗時性。一個二進制數(shù)n的因數(shù)分解所需的機器周期大約是exp{[ln(n)ln(ln(n))]1/2}。若機器周期為1μs,b為二進制數(shù)的位數(shù),分解 n=2b 所需時間如下表所示:

位數(shù) 100 200 300 500 750 1000
時間 30秒 3天 9年 1兆年 2*109年 6*1015年

    實際應(yīng)用中,p、q的選擇都在10200 數(shù)字以上,這樣每個明文塊的二進制位數(shù)可達664比特,即83個字節(jié)。而DES只有8個字符。一般認為,對于當(dāng)前的計算機水平,選擇1024位長的密鑰就可認為是無法攻破的了。


1. 數(shù)字存儲的實現(xiàn)
    大數(shù)計算的因數(shù)和結(jié)果精度一般是少則數(shù)十位,多則幾萬位。在C語言中定義的類型中精度最多只有二十多位,因而我們采取用鏈表存貯的方式來存放大數(shù)。在計算中會用到從高位開始計算,和從低位開始計算數(shù)值的兩種情況。所以我們將鏈表定義為雙向鏈表,其中為一個單元來存貯數(shù)據(jù),一個指針指向前方的數(shù)據(jù),另一個指向后的數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)為:

struct Node    // 定義一個雙向鏈表用來存貯結(jié)果
{
char data;     // 數(shù)據(jù)*定義為字符的原因:要顯示負號
Node *next;    // 尾指針
Node *ahead;   // 首指針
};

 

2. 各種算法
2.1 加法運算的實現(xiàn)
    加法計算還是比較容易的,我們也是先從低位算起,因為只須要對應(yīng)的位相加,再加上前一位的進位,再去判斷是否本位是否有進位, 有則把本位數(shù)字改為減去它的權(quán),也就是10,再置進位為1。如果沒有進位,則給進位賦值0。

    在程序時應(yīng)注意:
    1、兩個加數(shù)中那一個數(shù)的位數(shù)長,以位數(shù)長的作為循環(huán)變量;
    2、結(jié)束循環(huán)時,不僅僅是最后一位加完就停止,還應(yīng)加入如果有進位,也要再循環(huán)一次。如最后一位是9,進位是1,則相加時進位,要加上進位這一位值。具體看代碼,輸入輸出時和乘法的一樣。
/*--------------------------------------------------------------------------
*函數(shù)名稱: 大數(shù)加法
*函數(shù)過程:1 比較兩個數(shù)那一個長
* 2 以長的作為循環(huán)次數(shù)
* 3 對應(yīng)項相加 進位存貯直到下高位相加用
* 4 直到循環(huán)結(jié)束
* 5 !!!!!!沒設(shè)計負數(shù)相加
*入口參數(shù):numa,numb,result字符串
*出口參數(shù):無
*編輯環(huán)境:winSP2 + VC2003 + C++
*--------------------------------------------------------------------------*/

void addition(char *numa, char *numb,char *result) // 計算兩大數(shù)之和
{
  char *pna = findend(numa); // 指向numa的一個指針。point numa pna 指向乘數(shù)的最低位,
  char *pnb = findend(numb); //指向numb的一個指針 //pnb 指向被乘數(shù)的最低位,
  int along=(int)strlen(numa); //標(biāo)記數(shù)字a的長度;
  int blong=(int)strlen(numb); //標(biāo)記數(shù)字b的長度;
  int times = 0; // 標(biāo)致要計算多少次。
  int carry=0,temp_result; //存貯進位 和臨時結(jié)果的
  Node *head, // 用于存貯頭指針
    *pstart, // 用于存貯計算時的首指針
    *pnew; //作于申請新結(jié)點
  head = pstart =new Node; //初始化首結(jié)點和頭結(jié)點。
  pstart -> data = 0;
  pstart -> next = NULL;
  pstart -> ahead = NULL;

  if (abigerb(numa ,numb)>=1)
  times = (int)strlen(numa); //比較兩個字符串長度,以大的作為循環(huán)次數(shù)
  else
    {
      times = (int)strlen(numb);
      pna = findend(numb); //交換指針
      pnb = findend(numa);
    along=(int)strlen(numb); //標(biāo)記數(shù)字a的長度;
    blong=(int)strlen(numa); //標(biāo)記數(shù)字b的長度;
    }
    while ((times-- && (times>=0))|| carry != 0)
    {
      if(!pstart->next) //如果當(dāng)前為空結(jié)點,則申請新結(jié)點
      {
        pnew = new Node;
        pnew -> data = 0;
        pnew -> next = NULL;
        pnew -> ahead = pstart;
        pstart -> next = pnew;
      }
      else temp_result =(pstart->data +(*pna-48)+(*pnb-48)+carry) ; //自身的值+新值+進位 作為當(dāng)前的新值

      pstart -> data = temp_result%10; //存貯個位
      carry = temp_result/10; //存貯進位
      pstart = pstart -> next; //結(jié)點移動
    blong--;
      if(blong>0)pnb--; //指針移向被加數(shù)高位
      else *pnb=48; //之后相減就變?yōu)榱?不作任何運算;
      pna--; //加數(shù)指針移動,
    }
  pstart =head; //尋找鏈表的結(jié)尾點
  while(pstart->next != 0)
  {
  pstart->data += 48; //!!<<<因為我們的輸出是字符。所以再此加上48>>>> 逆順輸出
  pstart = pstart->next ;
  }

  int tip = 0; //轉(zhuǎn)為字符串用
    pstart = pstart->ahead ; //找有效字
     //cout<<"\n結(jié)果是 : ";
    while(pstart != 0) //輸出正序的結(jié)果;
    {
    result[tip++] = pstart->data;
     //cout< data;
    pstart = pstart->ahead ;
    }
    result[tip] = '\0';

  pstart =head; //釋放空間
  while(pstart->next != 0)
  {
  pnew = pstart->next ;delete pstart;
  pstart =pnew;
  }
  return ;
}
2.2 減法運算的實現(xiàn)
    減法稍微有一點復(fù)雜, 因為會處理負數(shù),而我們所用的是字符串的形式來保存數(shù)字也是為這一點。否則用整型或其它類型時,則表示處理、保存時會相當(dāng)復(fù)雜。算法也是從低位開始減。先要判斷減數(shù)和被減數(shù)那一個位數(shù)長,減數(shù)位數(shù)長是正常減;被減數(shù)位數(shù)長,則被減數(shù)減減數(shù),最后還要加上負號;兩數(shù)位數(shù)長度相等時,最好比那一個數(shù)字大,否則負號處理會很繁瑣;處理每一項時要,如果前一位相減有借位,就先減去上一位的借位,無則不減,再去判斷是否能夠減開被減數(shù),如果減不開,就要借位后再去減,同時置借位為1,否則置借位為0。
    這有一我寫的比較兩個數(shù)字符串大小的函數(shù):
//返回值說明:0是alongblong ; 2是along=blong
int abigerb(char *numa, char *numb) //比較兩個數(shù)最高位那一個大
{
  int along=(int)strlen(numa); //標(biāo)記數(shù)字a的長度;
  int blong=(int)strlen(numb); //標(biāo)記數(shù)字b的長度;
  char *pna = numa; //指向數(shù)A的最高位,
  char *pnb = numb; //指向數(shù)B的最高位,
  if (along>blong) return 1;
  if (along==blong)
  {
    while(*pna) //比較兩個數(shù)那一個大
    {
      if(*pna>*pnb)return 1;
      else if(*pna<*pnb)return 0 ;
      else if(*pna==*pnb){pna++;pnb++;} //1111與1112
    }
    return 2; //這表明找到最后了還是全相等;
  }
  return 0 ;
}
    在程序時應(yīng)注意:
    1、如果被減數(shù)大于減數(shù)時,指針和相應(yīng)循環(huán)長度控制變量也要做相應(yīng)的修改。
    2、結(jié)果可能會出現(xiàn)前面是一堆0的情況,要處理好,如當(dāng)減數(shù)為11112,而被減數(shù)為11111時,會出現(xiàn)00001,處理過程見代碼。
/*--------------------------------------------------------------------------
*函數(shù)名稱: 大數(shù)減法
*函數(shù)過程:1 比較兩個數(shù)那一個長
* 2 以長的作為循環(huán)次數(shù)
* 3 如果兩個數(shù)長度相等,從最高位開始比直到發(fā)現(xiàn)那一個數(shù)更大,使大項減去小項
* 4 對應(yīng)項相減 進位存貯直到下高位相加用
* 5 每一位對應(yīng)項相減時,處理三種可能的情況,a=b,ab;
* 6 a=b時,則計算,11-12,111-112,要考慮借位
* 7 直到循環(huán)結(jié)束
*入口參數(shù):numa,numb,result字符串
*出口參數(shù):無
*--------------------------------------------------------------------------*/

void subtract(char *numa, char *numb,char *result)//計算減
            {
            char *pna = findend(numa);//指向numa的一個指針。point numa      pna 指向減數(shù)的最低位,
            char *pnb = findend(numb);//指向numb的一個指針                 //pnb 指向被減數(shù)的最低位,
            int  along=(int)strlen(numa);//標(biāo)記數(shù)字a的長度;
            int  blong=(int)strlen(numb);//標(biāo)記數(shù)字b的長度;
            int  times = 0;         // 標(biāo)記要計算多少次。
            int  carry=0;           //存貯借位
            int  clear0=0;          //消除結(jié)果最前面無用的'0'  13-5 = 08 的效果!!
            int  isnegative=0;      //用來加上被減數(shù)大于減數(shù)時補上最后一個負號
            Node *head,   // 用于存貯頭指針
            *pstart,  // 用于存貯計算時的首指針
            *pnew;    //作于申請新結(jié)點
            head = pstart =new Node;//初始化首結(jié)點和頭結(jié)點。
            pstart -> data = 0;
            pstart -> next = NULL;
            pstart -> ahead = NULL;
            if (abigerb(numa ,numb))
            times = strlen(numa);//比較兩個字符串長度,以大的作為循環(huán)次數(shù)
            else //交換位置以降低難度
            {
            times = strlen(numb);//讓數(shù)(字符串)長的減去數(shù)(字符串)短的
            pna = findend(numb);//交換指針
            pnb = findend(numa);
            along=(int)strlen(numb);//標(biāo)記數(shù)字a的長度;
            blong=(int)strlen(numa);//標(biāo)記數(shù)字b的長度;
            isnegative=1;//標(biāo)記最后要加上負號
            }
            while ((times-- && (times>=0))|| carry != 0)//carry != 0 說沒有借位時
            {
            if(!pstart->next)//如果當(dāng)前為空結(jié)點,則申請新結(jié)點
            {
            pnew = new Node;
            pnew -> data = 0;
            pnew -> next = NULL;
            pnew -> ahead = pstart;
            pstart -> next = pnew;
            }
            if(times<0)//如果計算完之后,借位等于1,,說明必然為負值;
            {
            pstart -> data  = -3 ;//讓它等于負號 '-'//-3來源于負號與0相差3。。                break;
            }
            else
            {
            if ( *pna == *pnb )//減數(shù)等于被減數(shù)時。結(jié)果等于直截相減的結(jié)果;并置借位為0
            {
            if(carry==0)pstart -> data = (*pna-48)-(*pnb-48); //111-11的情況
            else
            {
            pstart->data = (*pna-48)-(*pnb-48)+10 -carry;//1121-1112
            carry=1;
            }
            }
            if( *pna > *pnb )//減數(shù)大于被減數(shù)時。結(jié)果等于直截相減的結(jié)果;并置借位為0
            {
            pstart -> data = (*pna-48)-(*pnb-48)-carry;  //存貯個位
            carry=0;
            }
            else if( *pna < *pnb )//說明被減數(shù)大于減數(shù),讓結(jié)果加10,相當(dāng)于借位 (carry)為1
            {
            if(times>0) pstart->data = (*pna-48)-(*pnb-48)+10 -carry;//13-5的情況作為新值
            else  pstart->data = (*pnb-48)-(*pna-48) -carry; //3-5  作為當(dāng)前的新值
            carry=1;
            }
            }
            pstart = pstart -> next;          //結(jié)點移動
            blong--;
            if(blong>0)pnb--;//指針移向被減數(shù)高位
            else *pnb=48;//之后相減就變?yōu)榱?不作任何運算,其實可以優(yōu)化的。但代碼會長!而且還需要重新開結(jié)點。所以放棄;
            pna--;//被數(shù)指針移動,
            }
            if(isnegative==1)////加上負號處理。增加一長度并置為負號
            {
            pnew = new Node;
            pnew -> data = 0;
            pnew -> next = NULL;
            pnew -> ahead = pstart;
            pstart -> next = pnew;
            pstart->data=-3;//因為尋找鏈表的結(jié)尾點要統(tǒng)一加48。又因為‘-’是45。所以等于‘-3’
            }
            pstart =head;//尋找鏈表的結(jié)尾點
            while(pstart->next != 0)
            {
            pstart->data += 48;//!!<<<因為我們的輸出是字符。所以再此加上48>>>>  逆順輸出
            pstart = pstart->next ;
            }
            int tip = 0;//轉(zhuǎn)為字符串用
            clear0=0;//  消除結(jié)果最前面無用的'0'  13-5 = 08 的效果  ..>>修改字符串的首指針
            pstart = pstart->ahead ;//找有效字
            while(pstart != 0)//輸出正序的結(jié)果;
            {
            if (clear0==0 && ((int)pstart->data)==48&&pstart->ahead!=0)//  消除結(jié)果最前面無用的'0'
            ;//不輸出任何東西
            else
            result[tip++] = pstart->data;
            if(((int)pstart->data)!=48&&((int)pstart->data)!=45)clear0=1;//'-'號
            pstart = pstart->ahead ;
            }
            result[tip] = '\0';
            pstart =head;  //釋放空間
            while(pstart->next != 0)
            {
            pnew = pstart->next ;delete pstart;
            pstart =pnew;
            }
            return ;
            }
            


2.3 乘法運算的實現(xiàn)
    首先說一下乘法計算的算法,從低位向高位乘,在豎式計算中,我們是將乘數(shù)第一位與被乘數(shù)的每一位相乘,記錄結(jié)果,之后,用第二位相乘,記錄結(jié)果并且左移一位,以此類推,直到計算完最后一位,再將各項結(jié)果相加。得出最后結(jié)果。當(dāng)然我們可以直接用這種方法,但要用多個鏈表來保存計算出的分結(jié)果, 之后結(jié)果再相加得到最后結(jié)果,但是這樣會浪費很多空間,我們可以再優(yōu)化一下,就是只用一人鏈表來表示結(jié)果,先把第一位乘數(shù)與被乘數(shù)的結(jié)果保存在鏈表中,之后把存儲結(jié)果的頭部后移一位、也就是從鏈表的第二加起,當(dāng)?shù)诙怀藬?shù)與被乘數(shù)結(jié)果加到第二之后的各個項內(nèi)。以此類推,直到結(jié)束。這樣就可以用一個鏈表來存儲相乘后的結(jié)果。
    在程序時應(yīng)注意:
    1、傳入的乘數(shù)和被乘數(shù)是以字符串形式放入的話,要讓指針指向最后一位,我自己寫了個函數(shù)來完成這件事。鏈表傳入也要找到最后一向來計算;
    2、因為傳入和保存的都是字符,所以計算時要將字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字,算完再轉(zhuǎn)化為字符存儲;
    3、另外進位時要處理,當(dāng)前的值加上進位的值再看本位數(shù)字是否又有進位;
    4、輸出時要逆序輸出,因為鏈表首指針是存的結(jié)果的最低位。我的函數(shù)為了對應(yīng)輸入輸出結(jié)果的一致性,都有采用了字符串輸出,所以在輸出時又將鏈表轉(zhuǎn)為了字符串。
    具體代碼如下:
/*--------------------------------------------------------------------------
*函數(shù)名稱: 大數(shù)乘法
*函數(shù)過程:1 輸入兩個大數(shù)作為字符串
* 2 作一個雙向鏈表
* 3 兩個指針分別指向數(shù)字字符串的最低位
* 4 以第一個數(shù)的最低的一個位乘以第二個數(shù)的所有項存于鏈表中
* 5 鏈表首指針移
* 6 重復(fù)4,5依次從最低位乘到最高位
* 7 乘完后因為最低位是鏈表首,最后一位是鏈表尾。所以在逆順輸出鏈表。
* 4 直到循環(huán)結(jié)束
*入口參數(shù):numa,numb,result字符串
*出口參數(shù):無
*--------------------------------------------------------------------------*/
void multiply(char *numa, char *numb ,char *result)//用來儲結(jié)果的)//計算乘積
            {
            char *pna = findend(numa);//指向numa的一個指針。point numa      pna 指向乘數(shù)的最低位,
            char *pnb = findend(numb);//指向numb的一個指針                 //pnb 指向被乘數(shù)的最低位,
            int along=(int)strlen(numa);//標(biāo)記數(shù)字a的長度;
            int blong=(int)strlen(numb);//標(biāo)記數(shù)字b的長度;
            int  carry=0,temp_result;//存貯進位  和臨時結(jié)果的
            Node *head,   // 用于存貯頭指針
            *pstart,  // 用于存貯計算時的首指針
            *pnew,    //作于申請新結(jié)點
            *pgo;     //作為每計算完一行時,回到下一行起始節(jié)點用,移位標(biāo)致來用
            head = pstart =new Node;//初始化首結(jié)點和頭結(jié)點。
            pstart -> data = 0;
            pstart -> next = NULL;
            pstart -> ahead = NULL;
            while (along--)
            {
            pgo = pstart;//保存進位點
            blong = (int)strlen(numb);//初始化長度
            pnb = findend(numb); //初始化指針
            while ((blong-- && (blong>=0))|| carry != 0)
            {
            if(!pstart->next)//如果當(dāng)前為空結(jié)點,則申請新結(jié)點
            {
            pnew = new Node;
            pnew -> data = 0;
            pnew -> next = NULL;
            pnew -> ahead = pstart;
            pstart -> next = pnew;
            }
            if(blong<0)temp_result = carry ;//處理只有進位的情況
            else temp_result =(pstart->data+(*pna-48)*(*pnb-48)+carry);//自身值+新值+進位作為新值
            pstart -> data = temp_result%10;  //存貯個位
            carry = temp_result/10;           //存貯進位
            pstart = pstart -> next;          //結(jié)點移動
            pnb--; //指針移向被乘數(shù)高位
            }
            pstart = pgo->next; //前進一個位置;
            pna--;   //指針移向乘數(shù)高位
            }
            pstart =head;//尋找鏈表的結(jié)尾點
            while(pstart->next != 0)
            {
            pstart->data += 48;//!!<<<因為我們的輸出是字符。所以再此加上48>>>>  逆順輸出
            pstart = pstart->next ;
            }
            int tip = 0;//轉(zhuǎn)為字符串用
            pstart = pstart->ahead ;//找有效字
            while(pstart != 0)//輸出正序的結(jié)果;
            {
            result[tip++] = pstart->data;
            pstart = pstart->ahead ;
            }
            result[tip] = '\0';
            pstart =head;  //釋放空間
            while(pstart->next != 0)
            {
            pnew = pstart->next ;delete pstart;
            pstart =pnew;
            }
            return ;
            }
            


2.4 除法運算的實現(xiàn)
    首先說一下我們所要的結(jié)果,當(dāng)除數(shù)除不開被子除數(shù)時,不用除到小數(shù),當(dāng)除數(shù)小于被除數(shù)時,除數(shù)作為余數(shù)既可,不用再向下除了。
    除法算法是最容易想到的啦!我們學(xué)數(shù)字電路,或模擬電路時里面有用門實現(xiàn)的除法器,做法是用除數(shù)減被除數(shù),再用一個加法器去計算存儲結(jié)果,算法簡單明了,結(jié)果我實現(xiàn)之后,計算速度大大出乎我的遇料,比算乘方時還慢,經(jīng)仔細想想電路中計算的長度不過8位,16位,32位,而且都是硬件實現(xiàn),我們要算的是幾千位,幾萬位。特別是兩數(shù)位長度差很大時計算速度相當(dāng)慢,如10000-3時要進行多少次鏈表運算啊。
    否定了這條算法,經(jīng)不斷思考,發(fā)現(xiàn)另一種方法可行,且效率僅次于減法。就是從高位向低位減,減時以被除數(shù)長度為單位,從高位取出大于被除數(shù)的字符串,和被除數(shù)相減,減的次數(shù)為結(jié)果,余數(shù)從剩下的除數(shù)高位再取出幾位做補位,直到大于被除數(shù)。再減,循環(huán)減到被減數(shù)大于余數(shù)加上補位,那么這個新的余數(shù)作為結(jié)果返回。
    在程序時應(yīng)注意:
    1、除法算法計算時是用的最高位開始向低位減,所以要注意指針的位置。
    2、余數(shù)和被減數(shù)相減時,一定要注意:一旦能夠減開被除數(shù)時,一定要每從除數(shù)那里取一個字符時,結(jié)果也要對應(yīng)補一個0。如111222/111。
/*--------------------------------------------------------------------------
*函數(shù)名稱: 大數(shù)除法2--
*函數(shù)想法:1 用指針指向除數(shù)的最高位,保存臨時字符串; tempstr[a++] = pna
* 2 如果臨時字符串大于被除數(shù),則相減。結(jié)果等于余數(shù)
* if(tempstr>numb)tempstr = tempstr - numb
* 3 如果小于被除數(shù)且指針到頭,余數(shù) 等于 臨時字符串
* if(tempstr *
*入口參數(shù):numa,numb,result,remainder字符串
*出口參數(shù):無
*--------------------------------------------------------------------------*/
void divide2( char *numa, char *numb,char *result,char *remainder)//計算除法2
            {
            char one[]="1";//臨時字符串....
            char one2[]="1";//
            char zero[]="0";//
            char numb2[6048];//
            char tempstr[6018]="";//臨時字符串
            int  ia=0,ia2=0;//tempstr的指示器
            bool  moveon=false;//翻轉(zhuǎn)牌
            char *pna = numa;//指向numa的一個指針。point numa      pna 指向減數(shù)的最低位,
            char *pnb = findend(numb);//指向numb的一個指針                 //pnb 指向被減數(shù)的最低位,
            Node *head,   // 用于存貯頭指針
            *pstart,  // 用于存貯計算時的首指針
            *pnew;    //作于申請新結(jié)點
            head = pstart =new Node;//初始化首結(jié)點和頭結(jié)點。
            pstart -> data = 0;
            pstart -> next = NULL;
            pstart -> ahead = NULL;
            moveon = false;
            while(*pna)
            {
            if(!pstart->next)//如果當(dāng)前為空結(jié)點,則申請新結(jié)點
            {
            pnew = new Node;
            pnew -> data = 0;
            pnew -> next = NULL;
            pnew -> ahead = pstart;
            pstart -> next = pnew;
            }
            ia=(int)strlen(tempstr);//取的長度
            tempstr[ia++] = *(pna++);
            tempstr[ia] ='\0'; //轉(zhuǎn)換為字符串
            if(tempstr[0]=='0')//處理高位也是0的那種 如00
            {
            ia2=0;
            while(tempstr[ia2]=='0')++ia2;
            while(ia2>=1)//清除無用的0
            {
            ia=ia2-1;
            tempstr[ia]=tempstr[ia2];
            --ia2;
            }
            tempstr[++ia2]='\0';
            }
            while(abigerb(tempstr,numb)>0)//如果tempstr大于等于numb
            {
            if(tempstr[0]=='0')//處理高位也是0的那種 如00----此乃冗余代碼,留做記念用
            {
            ia2=0;
            while(tempstr[ia2]=='0')++ia2;
            if(ia==ia2 )
            {
            moveon = true;
            break;
            }
            }
            strcpy(numb2,numb);
            subtract(tempstr, numb,tempstr);//A-B
            strcpy(numb,numb2);
            if(tempstr[0]=='-')//若判斷的不準,變?yōu)榱素摂?shù)就再加上B。。
            {
            strcpy(numb2,numb);
            addition(tempstr, numb,tempstr);//A-B
            strcpy(numb,numb2);
            ia2=0; //修正之后的長度。因為加法中未做負數(shù)運算
            ia=0;  //為了消除最后的那一個負號,整體向前移動。
            while(tempstr[ia2]!='\0')++ia2;
            while(ia2>=1)//清除無用的0
            {
            tempstr[ia]=tempstr[ia+1];
            ++ia;
            --ia2;
            }
            tempstr[ia]='\0';
            moveon = true;
            break;
            }
            pstart->data++ ; //結(jié)果自加
            moveon = true;
            }
            if(moveon) pstart = pstart -> next;          //結(jié)點移動
            }
            strcpy(remainder,tempstr);//存貯余數(shù)
            int tip = 0;//轉(zhuǎn)為字符串用
            pstart =head;//尋找鏈表的結(jié)尾點
            while(pstart->next != 0)
            {
            pstart->data += 48;//!!<<<因為我們的輸出是字符。所以再此加上48>>>>  逆順輸出
            result[tip++] = pstart->data;
            pstart = pstart->next ;
            }
            result[tip] = '\0';//存貯結(jié)果
            pstart =head;  //釋放空間
            while(pstart->next != 0)
            {
            pnew = pstart->next ;delete pstart;
            pstart =pnew;
            }
            return ;
            }
            


2.5 冪運算的實現(xiàn)
    冪的實現(xiàn)是最為簡單的了,國為有了前面的算法做鋪墊,就是調(diào)用乘法函數(shù),來循環(huán)去自乘,冪指數(shù)相應(yīng)減1,直到冪指數(shù)變?yōu)?時結(jié)束。其詳細代碼如下:

/*--------------------------------------------------------------------------
*函數(shù)名稱: 大數(shù)冪
*函數(shù)想法:1 B自減1直到,,作為循環(huán)控制變量.保存結(jié)果;
* 2 結(jié)果初值1 每次乘以A
* 3 重復(fù)1、2步驟到結(jié)束.
*入口參數(shù):numa,numb,result字符串
*出口參數(shù):無
*--------------------------------------------------------------------------*/

void power (char *numa, char *numb,char *result) //計算冪
{ char one[]="1"; //臨時字符串....
char one2[]="1";
char zero[]="0";
char numb2[6048];
char remainder[6048];
strcpy(result,one); //給結(jié)果初值為1
strcpy(numb2,numb);

subtract(numb,one ,remainder); //B自減1
strcpy(numb,numb2);

strcpy(numb2,numb);
multiply(result,numa,result ); //A自己乘自己
strcpy(numb,numb2);

while(strcmp(remainder,zero)>0) //A大于相等B時 就是numb不等于0時
{
strcpy(numb2,numb);
multiply(result,numa,result ); //A自己乘自己
strcpy(numb,numb2);
strcpy(one,one2);
subtract(remainder,one ,remainder); //B減一
}

return ;
}

 

3. 程序運行介面
    程序的介面制作就不多加描述了,以下是我的大數(shù)程序的運行介面。


4. 總結(jié)與評價
    1) 本文主旨是對算法加以了實現(xiàn),但未做相應(yīng)的優(yōu)化。因為本文的目地是對大數(shù)運算的過程產(chǎn)生一個具體設(shè)計方法與實現(xiàn)思路。而還是不是工程上能所直接應(yīng)用的。當(dāng)然在要作中是也許用的設(shè)計語言并不是C語言,可能是JAVA、 C++、 Delphi 、PHP等等。但不管是什么樣的設(shè)計語言,設(shè)計思路都是相同的。
    2) 關(guān)于代碼和算法優(yōu)化問題,本文中代碼并不是簡短,高效。現(xiàn)在對此說明個人認為在工程要改正的幾個方面。首先每個鏈表節(jié)點的元素所存的數(shù)據(jù)小的可憐,只存儲了一位數(shù)據(jù),但這是最容易想到的,模仿十進制那樣進位。但這并沒考慮機器的計算的情況,在我們常用的32位計算中,CPU中加減乘除的一次運算是32位的值,也就是說2的32次方的一個值,這就是說1加上1的CPU工作量和小于2的32的兩位數(shù)相加是用的相同的周期。如下圖所示:
    為避免運算結(jié)果大于2的32次,因為大于的話又會造成一次CPU周期運算,但這樣當(dāng)然也可以做。但建議用下面方法,考慮乘法的原因,兩個2的16次方相乘就是2的32次方的情況,所以我們可以定義每個鏈表節(jié)點值為2的16次方,也就是 18446744073709551616的一個整數(shù)值,C++語言中_int64類型的范圍就是這么大。再把它當(dāng)作以前處理十進制的權(quán)10去處理,效率會翻2的16方倍了。結(jié)點數(shù)巨減,主要是開內(nèi)存方面,有了極大的減少。
    3) 另外本程序中是用數(shù)組去傳遞參數(shù)的,這非常不好,而且會限制你結(jié)果的長度。只有一點好處,易懂!個人認為工程中,一定要用鏈表指針來傳遞參數(shù), 這樣就解決了可算到無限長的問題。只是釋放鏈表時要在最后用完再釋放了。對于本文用的方法就顯得明了多了。
    4) 總體來說本文重在說明方法,效率較差。工作時定要注重效率問題。在C++系列下的程序盡量多用庫函數(shù),會減少大量的代碼。適當(dāng)?shù)娜ゼ尤胄﹨R編以提高效率。

 

5. 軟件下載演示
點擊下載大數(shù)運算軟件

6. 參考文獻
1. 李藝《網(wǎng)絡(luò)安全講義》PPT文檔
2. 譚浩強《C程序設(shè)計》第二版,清華大學(xué)出版社
3. Adam Drozdek《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》第三版,清華大學(xué)出版社
4. 何德全《網(wǎng)絡(luò)安全》清華大學(xué)出版社
5. http://www.tup.com.cn

posted on 2007-08-15 13:21 葉子 閱讀(13636) 評論(8)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C\C++

Feedback

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2007-10-29 09:29 Sailing

學(xué)習(xí)了哦  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2007-12-24 00:37 秦歌

好東西,學(xué)習(xí)了  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2009-08-09 13:43 大牛

你的大數(shù)加法有點問題  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2009-08-10 19:27 葉子

@大牛
啥問題?說說  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2010-02-15 08:20 BJ.Paul


怎么說呢?


主要在效率方面;

用struct 來規(guī)劃表達大數(shù),未免將雙鏈表用的不是地方,

首先,操作大數(shù)不方便;
其次,效率不是很高;


就說加法吧,需要那么多語句來完成一個簡單的加法,
實在怪異的很;

大數(shù)中, 1,0,-1,是極其常用常數(shù),沒有統(tǒng)一的表達;


這樣的解決方案,要比openssl的解決方案慢許多。

加油!  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2010-02-22 02:35 OpenHero

把char修改成int32,性能會更高:)  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2011-06-11 16:31 coaku

對,LZ你的加法有問題,字符串指針指錯了,其他還沒看  回復(fù)  更多評論   

# re: 大數(shù)四則運算的C++實現(xiàn) 2011-11-26 17:31 someone

乘法你沒有考慮當(dāng)兩個數(shù)的位數(shù)非常多時,加法導(dǎo)致整數(shù)溢出問題  回復(fù)  更多評論   

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