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深入理解大數與高精度數的處理問題

編輯:C語言基礎知識
float和double型數據分別是單精度和雙精度型數,他們的取值分別是3.4E+10的負38次方到3.4E+10的38次方,和1.7E+10的負308次方到1.7E+10的308次方。

那麼對於float而言,只有6-7位的有效數字,怎麼能裝下可達3.4*10^(-38)這麼大的數呢?同理,15-16位的double型,也無法裝下1.7*10^(-308)這麼大的數啊?

回答: float 6-7位指的是有效數字的位數(精度),而不是數值大小。例如,3.14159267有9位有效數字,數值卻在3~4之間,而350有3位數字,數值卻在300~400之間。所以說float數能達到3.4E+10,但是它的有效數字位數只能達到6-7位,如果3.14159267賦值給一個float變量,那麼精度將會丟失。例如
代碼如下:

float a=3234567.1;
float b=3234567;
if( a==b )
    printf("YES");
else
    printf("NO");

將輸出YES,因為a末尾的11超出了float 只能達到6-7位的精度。(如果a=1234567.1;b=3234567)輸入結果將是NO,為什麼呢?這就要我們分析:超出精度的部分怎麼處理?不是四捨五入,而是二進制位的丟失。所以說有時候能達到6位的精度,有時候能達到7位的精度,取決於該數的二進制表示。

那麼我們就想怎麼表示超長位數,超大精度的數字呢?
比如123456789123456789123456789(超長30位的大整數);
比如3.14159012345678901234567890123(超高精度30位的小數),這麼長的數字,long float都存不下來,這就要借助於“字符串”或者“字符數組”了。

unsigned __int64 n;
無符號__int64類型的變量n,最大值超過了1234567892345678912(20位),可達到約1.8E+19,平常來說應該夠用了。

但是__int64類型的數據不能用C++裡面的cout來輸出,應該是cout沒有重載這個類型,如果用printf來輸出,顯然%d, %f, %l都無法滿足20位的精度,網上查到VC6下可以用printf("%I64d\n", n);但是支持的位數不超過20,經我測試,大概超過9.23E+18 輸出的結果就會出錯了。那麼最好的辦法是將“長位數”轉換成字符串,如下:
代碼如下:

char buffer[65];
printf("%s", _ui64toa(n, buffer,10) );

函數_ui64toa就是負責將n轉換成字符串的,存入字符數組buffer[65]中,10代表轉換成10進制。

數字轉換為字符串,參考程序如下:
代碼如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main( void )
{
   char buffer[65];
   int r;
   for( r=10; r>=2; --r )
   {
     _itoa( -1, buffer, r );
     printf( "base %d: %s (%d chars)\n", r, buffer, strlen(buffer) );
   }
   printf( "\n" );
   for( r=10; r>=2; --r )
   {
     _i64toa( -1L, buffer, r );
     printf( "base %d: %s (%d chars)\n", r, buffer, strlen(buffer) );
   }
   printf( "\n" );
   for( r=10; r>=2; --r )
   {
     _ui64toa( 0xffffffffffffffffL, buffer, r );
     printf( "base %d: %s (%d chars)\n", r, buffer, strlen(buffer) );
   }
}


代碼如下:

Output
base 10: -1 (2 chars)
base 9: 12068657453 (11 chars)
base 8: 37777777777 (11 chars)
base 7: 211301422353 (12 chars)
base 6: 1550104015503 (13 chars)
base 5: 32244002423140 (14 chars)
base 4: 3333333333333333 (16 chars)
base 3: 102002022201221111210 (21 chars)
base 2: 11111111111111111111111111111111 (32 chars)

base 10: -1 (2 chars)
base 9: 145808576354216723756 (21 chars)
base 8: 1777777777777777777777 (22 chars)
base 7: 45012021522523134134601 (23 chars)
base 6: 3520522010102100444244423 (25 chars)
base 5: 2214220303114400424121122430 (28 chars)
base 4: 33333333333333333333333333333333 (32 chars)
base 3: 11112220022122120101211020120210210211220 (41 chars)
base 2: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 (64 chars)

base 10: 18446744073709551615 (20 chars)
base 9: 145808576354216723756 (21 chars)
base 8: 1777777777777777777777 (22 chars)
base 7: 45012021522523134134601 (23 chars)
base 6: 3520522010102100444244423 (25 chars)
base 5: 2214220303114400424121122430 (28 chars)
base 4: 33333333333333333333333333333333 (32 chars)
base 3: 11112220022122120101211020120210210211220 (41 chars)
base 2: 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 (64 chars)

PS:可以用這個函數來將10進制整數轉換成二進制字符串;
代碼如下:

int main( void )
{
   char buffer[65];
   _itoa( 12, buffer, 2 );
   printf( "base %d: %s (%d chars)\n", r, buffer, strlen(buffer) );
}

還有一種方法是自己定義字符數組存放超長位數的數,小數點也是可以解決的,然後自己定義這些字符串形式的超長數之間的運算法則並重載運算符,據說這樣做運算效率還是蠻高的。
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