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C++如何实现高精度乘法运算_C++处理超大位数乘法算法模板【算法】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-06 03:59:10

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来源于php中文网

原创

long long无法计算1000位数相乘,因其最大仅支持约19位十进制数;需用字符串模拟竖式乘法,将数字转为低位在前的vector,双层循环累加至res[i+j],最后统一处理进位并去除前导零。

c++如何实现高精度乘法运算_c++处理超大位数乘法算法模板【算法】

为什么 long long 不能直接算 1000 位数相乘

因为 long long 最大只能表示约 19 位十进制数(2⁶³−1 ≈ 9.2×10¹⁸),一旦输入是“12345678901234567890...”这种几百位的字符串,连读入都溢出。C++ 标准库不提供内置高精度整型,必须手动模拟竖式乘法过程。

核心思路是:把数字当字符串读入 → 转成反向数组(个位在 index 0)→ 模拟手算乘法 → 处理进位 → 去前导零 → 转回字符串输出。

用 vector 存储并实现 multiply 函数

推荐用 vector 存低位到高位(即 digits[0] 是个位),避免每次插入头部的 O(n) 开销。乘法本质是两层循环:外层遍历被乘数每一位,内层遍历乘数每一位,结果累加到 res[i + j] 位置。

  • res[i + j] 对应的是第 i 位(权重 10ⁱ)和第 j 位(权重 10ʲ)相乘后落在 10ⁱ⁺ʲ 上的贡献
  • 进位统一在最后处理:从低位到高位,res[k] % 10 为当前位,res[k] / 10 加给 res[k+1]
  • 结果数组长度最多为 a.size() + b.size(),初始化时可设为该长度,全 0

示例关键片段:

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vector multiply(const string& num1, const string& num2) {
    if (num1 == "0" || num2 == "0") return {0};
    vector res(num1.size() + num2.size(), 0);
    for (int i = num1.size()-1; i >= 0; i--) {
        for (int j = num2.size()-1; j >= 0; j--) {
            int mul = (num1[i]-'0') * (num2[j]-'0');
            int p1 = i + j, p2 = i + j + 1; // 对应十位和个位索引
            int sum = mul + res[p2];
            res[p2] = sum % 10;
            res[p1] += sum / 10;
        }
    }
    // 去前导零
    int i = 0;
    while (i < res.size() && res[i] == 0) i++;
    if (i == res.size()) return {0};
    return vector(res.begin() + i, res.end());
}

输入含负号、前导零或空串怎么处理

标准高精度乘法模板默认处理非负整数字符串。若输入可能带负号(如 "-123"),需提前提取符号并取绝对值;若含前导零(如 "00123"),应在转数字前用 stoi 或手动跳过(但注意全零情况);空串必须判空,否则 .size() 调用未定义。

  • 符号处理建议:用 bool neg = (num1[0] == '-') ^ (num2[0] == '-');,然后对两个字符串做 substr 剥离符号
  • 全零判断不能只看首字符,要跳过所有前导零后检查是否为空或只剩 '0',否则 "000" 会变成空数组
  • 如果输入保证是合法非负整数(如 OJ 题干明确),可省略这部分逻辑,专注核心乘法

性能瓶颈在哪?能不能用 FFT 加速

朴素模拟竖式是 O(n·m),对 10⁵ 位数乘法会超时。此时需换用快速傅里叶变换(FFT)或其整数优化版本 NTT(数论变换),将时间降到 O(n log n)。但 FFT 实现有精度误差风险,NTT 需选模数和原根,且常数大、代码长,仅在严格时限下必要。

日常使用或算法题中,1000 位以内完全用不到 FFT;LeetCode Multiply Strings 测试点最大也就 200 位,朴素法足够。真遇到 10⁴+ 位,优先确认是否必须 C++ 实现——Python 的 int 本就支持无限精度,一行 str(int(a)*int(b)) 更可靠。

真正容易被忽略的是:进位处理必须从低位开始顺序扫,不能边算边进,否则高位进位会影响尚未计算的低位组合;还有结果数组初始长度必须开足,否则 res[p1] 可能越界。

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