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c++中如何判断一个数是否为素数_c++判断质数的算法实现【指南】

穿越時空

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发布时间:2026-01-19 16:54:09

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只需试除到√n即可判断素数,因若n有大于√n的因数,则必有对应小于√n的因数;注意n=1、n=2等边界情况需单独处理。

c++中如何判断一个数是否为素数_c++判断质数的算法实现【指南】

sqrt(n) 优化试除法判断素数

直接从 2 试除到 n-1 效率太低,多数情况下没必要。真正只需检查到 sqrt(n) —— 因为如果 n 有大于 sqrt(n) 的因数,那它一定对应一个小于 sqrt(n) 的因数。

注意边界处理:n 不是素数;n == 2 是唯一偶素数;所有其他偶数可直接返回 false

bool is_prime(int n) {
    if (n <= 1) return false;
    if (n == 2) return true;
    if (n % 2 == 0) return false;
    for (int i = 3; i * i <= n; i += 2) {  // i*i 避免浮点 sqrt,且只试奇数
        if (n % i == 0) return false;
    }
    return true;
}

处理大整数时的溢出风险

i * i 在 n 接近 INT_MAX 时,i * i 可能溢出变成负数,导致循环失控或误判。安全做法是改用 i (整除)。

  • n / i 是整数除法,不会溢出,且语义等价于 i
  • i > n / i 时,说明 i * i > n,可安全退出
  • long long 类型也适用,无需额外类型转换
bool is_prime(long long n) {
    if (n <= 1) return false;
    if (n == 2) return true;
    if (n % 2 == 0) return false;
    for (long long i = 3; i <= n / i; i += 2) {
        if (n % i == 0) return false;
    }
    return true;
}

多次调用场景下考虑预筛小素数

如果要频繁判断多个数(比如在算法题中批量验证 1e5 个数),每次都从头试除不划算。可以预先用埃氏筛生成一个布尔数组 is_prime_up_to_1000000,之后查表即可。

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但注意:预筛只适合已知上界的情况;若单次判断一个极大数(如 1e18),筛法不可行,仍得靠优化试除或 Miller-Rabin。

  • 筛到 1e6 只需约 1ms,内存占用 ~1MB
  • 筛后每次查询是 O(1),比试除快两个数量级
  • 筛本身不解决大数问题,只是“以空间换时间”的权衡

误用 double sqrt(n) 导致精度错误

有人写 for (int i = 2; i ,这很危险。因为 sqrt 返回 double,浮点计算有精度误差,比如 sqrt(25) 可能算成 4.9999999,转成 int 就变 4,漏掉 5 这个因数。

  • 永远不要对整数开方后强转 int 做循环上界
  • 要么用 i (推荐)
  • 要么用 sqrtl(n) + 1e-9 向上取整,但多此一举
  • 更糟的是混用 sqrti*i:前者可能截断,后者可能溢出,两头不讨好

实际写的时候,is_prime 看似简单,但边界、溢出、精度三处最容易翻车。尤其在线判题中,n = 2147483647(INT_MAX)这种数据专打 i*i 溢出和 sqrt 截断。

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