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C++如何实现大数阶乘运算_C++处理超长数字结果存储方法【数学】

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-04 15:08:02

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来源于php中文网

原创

long long 存不下50!因其值约3.04×10⁶⁴,远超其上限9.22×10¹⁸;需用vector模拟十进制大数,逆序存各位并实现竖式乘法。

c++如何实现大数阶乘运算_c++处理超长数字结果存储方法【数学】

为什么 long long 存不下 50!?

因为 50! ≈ 3.04 × 10⁶⁴,远超 long long 的最大值(约 9.22 × 10¹⁸)。C++ 标准类型没有内置大整数支持,必须自己模拟“竖式乘法”——把数字拆成数组或字符串的每一位,逐位计算、进位、存储。

vector 模拟十进制大数最实用

比字符串操作快,比自定义结构轻量,且天然支持动态扩容。关键不是存“整个数”,而是存“个位、十位、百位……”逆序排列digits[0] 是个位),方便进位处理:

vector factorial(int n) {
    vector res = {1};  // 初始为 1
    for (int i = 2; i <= n; ++i) {
        int carry = 0;
        for (int j = 0; j < res.size(); ++j) {
            int product = res[j] * i + carry;
            res[j] = product % 10;
            carry = product / 10;
        }
        while (carry) {
            res.push_back(carry % 10);
            carry /= 10;
        }
    }
    return res;  // 逆序存储:{1,2,3} 表示 321
}
  • 每次乘 i 都从低位开始扫,边算边更新当前位和进位
  • res 大小会动态增长,无需预估位数
  • 输出时要倒序遍历:for (auto it = res.rbegin(); it != res.rend(); ++it)
  • 别用 vector 节省空间——整型运算更安全,现代内存足够

遇到 10000! 这种规模怎么办?

纯十进制模拟会变慢(O(n²) 时间),但多数教学/竞赛场景下 10000! 仍可在毫秒级完成。若真卡性能:

  • 改用 base 10000 存储:每个 int 存 4 位,减少循环次数,进位逻辑稍调(% 10000// 10000
  • 避免频繁 push_back:可预估位数(斯特林公式粗略估算 log₁₀(n!) ≈ n log₁₀(n/e) + log₁₀(√2πn)),reserve 空间
  • 不用 string 做中间结果——字符串拼接和转换开销大,且易出错

输出或转字符串时容易漏掉前导零?

不会——因为你的 vector 只存有效数字,push_back 的都是非零进位余数,最高位永远非零。唯一要注意的是:如果结果是 0(比如 0!),得单独处理,否则空 vector 会崩。

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真正容易被忽略的是:大数阶乘末尾零的个数 ≠ 直接数结果里的 0;那是由因子 5 和 2 的对数决定的,和存储方式无关。但如果你只是要“正确显示全部数字”,vector 逆序法已经够稳——只要别在循环里写错 j 的边界或进位清零逻辑。

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