没有进位标志的大整数加法

在汇编语言中,通常有一条指令可以添加两个操作数和一个进位。 如果要实现大整数加法,只需添加最小的整数而不带进位,将下一个整数与进位相加。 如何在C或C ++中有效地执行此操作,而我无法访问进位标志? 它应该适用于几个编译器和体系结构,所以我不能简单地使用内联汇编等。

您可以使用“钉子”(来自GMP的术语):而不是在表示数字时使用uint64_t所有64位,而只使用其中的63位,顶部位为零。 这样,您可以通过简单的位移检测溢出。 你甚至可能想要少于63。

或者,你可以做半字算术。 如果您可以执行64位算术运算,请将您的数字表示为uint32_t的数组(或者等效地将64位字分成上部和下部32位数据块)。 然后,当对这些32位整数进行算术运算时,你可以先将64位进行算术运算,然后再转换回来。 这可以让你检测进位,如果你没有“乘法高”指令,它也适合乘法运算。

正如另一个答案所示,您可以通过以下方式检测无符号加法中的溢出:

 uint64_t sum = a + b; uint64_t carry = sum < a; 

顺便说一句,虽然在实践中这也适用于签名算术,但你有两个问题:

  • 它更复杂
  • 从技术上讲,溢出有符号整数是未定义的行为

所以你最好坚持使用无符号数字。

您可以通过以下事实找出进位:如果通过添加两个数字溢出,结果将始终小于其他两个值中的任何一个。

换句话说,如果a + b小于a ,则溢出。 这当然是ab的正值,但这几乎肯定是用于bignum库的。

不幸的是,一个进位引入了额外的复杂性,因为添加最大可能值加上一个进位将为您提供与您开始时相同的值。 因此,您必须将其作为一种特殊情况处理。

就像是:

 carry = 0 for i = 7 to 0: if a[i] > b[i]: small = b[i], large = a[i] else: small = a[i], large = b[i] if carry is 1 and large is maxvalue: c[i] = small carry = 1 else: c[i] = large + small + carry if c[i] < large: carry = 1 else carry = 0 

实际上,您可能还想考虑使用数组元素中的所有位。

我在过去实现了库,其中最大“数字”小于或等于它可以容纳的最高值的平方根。 因此,对于8位(八位位组)数字,您存储0到15之间的数值 - 这样,乘以两位数并添加最大进位总是适合八位位组,这使得溢出检测没有实际意义,尽管以某些存储为代价。

类似地,16位数字的范围为0到255,因此它不会在65536处溢出。

事实上,我有时会将它限制在更多,确保人工包装值是十的幂(因此一个八位位组将保持0到9,16位数字将是0到99,32位数字来自0到9999,等等。

这对空间来说有点浪费,但是对文本进行转换(例如打印数字) 非常容易。

你可以通过检查检查无符号类型的进位,结果小于操作数(任何操作数都可以)。

用carry 0开始吧。

如果我理解正确,你想为自己的大整数类型编写自己的附加内容。

您可以使用简单的function执行此操作。 第一次运行时无需担心进位标志。 只需从右向左移动,逐位添加进位标志(在该函数内部),从进位0开始,并将结果设置为(a + b +进位)%10并将进位设置为(a + b +随身携带)/ 10。

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