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c++如何判断一个数是否为素数_c++质数判断算法优化【技巧】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-15 15:35:03

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来源于php中文网

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判断素数只需试除到√n即可,因若n有大于√n的因数,则必有对应小于√n的因数;注意用i*i≤n避免浮点误差和溢出。

c++如何判断一个数是否为素数_c++质数判断算法优化【技巧】

判断素数时别直接试到 n-1

试除法最直观,但效率极低。比如判断 982451653 是否为素数,从 2 试到 n−1 要做近 10 亿次除法——实际完全没必要。

只要试到 sqrt(n) 就够了: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,i * i 比 <code>i 更安全(避免浮点误差和类型转换开销)。

  • n == 1 直接返回 false;n == 2 返回 true
  • 偶数(除 2 外)直接返回 false,后续只试奇数
  • 循环从 i = 3 开始,每次 i += 2
  • int 类型变量存 i * i 可能溢出,建议用 long long 或改用 i

int 还是 long long 做参数?

输入范围决定类型选择。如果函数签名为 bool is_prime(int n),那它在 n 接近 INT_MAX(约 2.1e9)时,i * i 会溢出成负数,导致循环条件永远成立或崩溃。

更稳妥的做法是统一用 long long 接收,或者改用除法判界:i 。这样即使 <code>nint 最大值,n / i 仍是合法整数运算。

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  • is_prime(2147483647)(梅森素数)在 int 版本里极易因溢出误判
  • 若明确只处理 [2, 10^6] 范围,int 安全,且缓存友好
  • 竞赛或通用库中建议用 long long + i

小范围批量判断?别单个调用 is_prime

要判断 1~1000000 中所有素数,反复调用单个 is_prime 函数,时间复杂度是 O(n√n),约 10¹¹ 次操作,超时是必然的。

这时候该上埃氏筛(sieve_of_eratosthenes)。它用 O(n log log n) 预处理出整个区间的结果,之后查表 O(1)。内存占用约 n/8 字节(用 bitset 优化后)。

  • 初始化 vector 或 bitset,标记 0 和 1 为 false
  • 从 2 开始,把每个素数的倍数全标为 false;只需筛到 sqrt(n)
  • 注意内层循环起点是 i * i,不是 2 * i(更小的倍数已被更小的素数筛过)
  • vector 是特化类型,访问稍慢;高频查询可用 vector

遇到 runtime error: signed integer overflow 怎么办

这是最常见的实战报错,通常出现在 for (int i = 3; i * i 里。当 <code>n 很大(如 2e9),i 接近 46340 时,i * i 超过 INT_MAX,触发未定义行为。

修复不靠加编译选项,而靠改写逻辑。最直接的是把乘法换成除法:i ,前提是 <code>i > 0(我们保证了);或者把 i 升级为 long long,但要注意函数参数和循环变量类型一致。

  • Clang/GCC 在 -fsanitize=undefined 下会立刻暴露这个问题
  • 线上环境没开 sanitizer,这种溢出可能表现为随机 false 正或死循环
  • 哪怕只用于本地测试,也建议默认用 i ,零成本且普适

素数判断看着简单,真正写进生产代码或算法题里,溢出、边界、类型匹配、场景误用这四点,任何一个没兜住就容易卡半天。尤其是 i * i 这种写法,太顺手反而最容易忘掉它有多危险。

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