大数据的运算加减乘除

发布时间：2020-09-04 10:59:12 阅读：398 作者：夜的寂寞栏目：大数据

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BigData.h:

#ifndef __BIG_DATA_H__
#define __BIG_DATA_H__

#include <assert.h>
#include <string>


typedef long long INT64;

//#define MININT64 -9223372036854775808 // 编译器检查有错
//
//#define MAXINT64 +9223372036854775807 

const INT64 MININT64 = +9223372036854775807 + 1;
const INT64 MAXINT64 = +9223372036854775807;

class BigData
{
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const BigData& bigData);
public:
	BigData(INT64 value = 0xCCCCCCCCCCCCCCCC);
	BigData(const char* str);
	BigData operator+(const BigData& bigData);
	BigData operator-(const BigData& bigData);
	BigData operator*(const BigData& bigdata);
	BigData operator/(const BigData& bigdata);
protected:
	void _Int64ToStr();
	bool _IsINT64OverFlow()const;
	std::string AddStr(const BigData& bigData)const;
	std::string SubStr(const BigData& bigData)const;
	std::string MulStr(const BigData& bigData)const;
	std::string DivStr(const BigData& bigData)const;
	bool IsLeftStrBig(const char* pLeft, int iLSize, const char* pRight, int iRSize)const;
	char LoopSub(char* pLeft, int iLSize, const char* pRight, int iRSize)const;
private:
	INT64 _value;
	std::string _pData;
}; 

std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const BigData& bigData);

#endif /*__BIG_DATA_H__*/

BigData.cpp:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "BigData.h"

BigData::BigData(INT64 value) :_value(value)
{
	this->_Int64ToStr();
}

BigData::BigData(const char* str) : _value(0)
{
	assert(str);
	char* temp = (char*)str;
	char cSign = '+';
	while (isspace(*temp)) //*temp == ' '不能消除tab
	{
		++temp;
	}
	if ((*temp == '-') || (*temp == '+'))
	{
		cSign = *temp;
		++temp;
	}
	this->_pData.resize(strlen(str) + 1);
	this->_pData[0] = cSign;
	int iCount = 1;
	while (*temp == '0')//处理000123
	{
		++temp;
	}
	while ((*temp >= '0') && (*temp <= '9'))
	{
		this->_value = this->_value * 10 + (*temp - '0');
		this->_pData[iCount++] = *temp++;
	}
	this->_pData.resize(iCount);
	if (cSign == '-')
	{
		this->_value = 0 - this->_value;
	}
	if (!this->_IsINT64OverFlow())//溢出
	{
		this->_value = 0xCCCCCCCCCCCCCCCC;
	}
}/*BigData(const char* str)*/

BigData BigData::operator+(const BigData& bigData)
{
	if (this->_IsINT64OverFlow() && bigData._IsINT64OverFlow()) //两个均没有溢出
	{
		if (this->_pData[0] != bigData._pData[0])//异号，相加肯定没有溢出
		{
			return BigData(this->_value + bigData._value);
		}
		else //两个同号
		{
			if ((this->_value>0 && MAXINT64 - this->_value >= bigData._value) ||  //结果仍没有溢出
				(this->_value<0 && MININT64 - this->_value <= bigData._value))
			{
				return BigData(this->_value + bigData._value);
			}	
		}
	}
	if (this->_pData[0] == bigData._pData[0]) //两个同号
	{
		return BigData(this->AddStr(bigData).c_str());
	}
	BigData temp1((this->_pData).c_str()); //有溢出，异号，调用减
	BigData temp2((bigData._pData).c_str());
	if (this->_pData[0] == '+')
	{
		temp2._pData[0] = '+';
		temp2._value = 0 - temp2._value;
		return (temp1.SubStr(temp2)).c_str();
	}
	else
	{
		temp1._pData[0] = '+';
		temp1._value = 0 - temp1._value;
		return (temp2.SubStr(temp1)).c_str();
	}
}
std::string BigData::AddStr(const BigData& bigData)const
{
	std::string left = this->_pData;
	std::string right = bigData._pData;
	char cSign = this->_pData[0];
	size_t iLSize = left.size();
	size_t iRSize = right.size();
	if (iLSize < iRSize)
	{
		std::swap(left, right);
		std::swap(iLSize, iRSize);
	}
	std::string ret;
	ret.resize(iLSize + 1);
	ret[0] = cSign;
	int step = 0;//进位
	for (size_t iCount = 1; iCount < iLSize; ++iCount)
	{
		char ch = left[iLSize - iCount] - '0' + step;
		if (iCount < iRSize)
		{
			ch += (right[iRSize - iCount] - '0');
		}
		ret[iLSize - iCount + 1] = ch % 10 + '0';
		step = ch / 10;
	}
	ret[1] = step + '0';
	return ret;
}

BigData BigData::operator-(const BigData& bigData)
{
	if (this->_IsINT64OverFlow() && bigData._IsINT64OverFlow())//无溢出
	{
		if (this->_pData[0] == bigData._pData[0]) //同号，相减后肯定无溢出
		{
			return this->_value - bigData._value;
		}
		else
		{
			if ((this->_value > 0 && MAXINT64 + bigData._value >= this->_value)||
				(this->_value < 0 && MININT64 + bigData._value <= this->_value))
				//结果无溢出
			{
				return this->_value - bigData._value;
			}
		}
	}
	if (this->_pData[0] == bigData._pData[0])
	{
		return BigData(this->SubStr(bigData).c_str());
	}
	BigData temp((bigData._pData).c_str()); //异号，有溢出 -3-5=-3+(-5) 3-(-5)=3+5
	temp._pData[0] = this->_pData[0];
	temp._value = 0 - temp._value;
	return this->AddStr(temp).c_str();
}/*operator-*/

std::string BigData::SubStr(const BigData& bigData)const
{
	std::string ret;
	std::string left = this->_pData;
	std::string right = bigData._pData;
	char cSign = this->_pData[0];
	size_t iLSize = left.size();
	size_t iRSize = right.size();
	if (cSign == '-')
	{
		std::swap(left, right);
		std::swap(iLSize, iRSize);
	}
	if ((iLSize < iRSize) || (iLSize == iRSize && left < right))
	{
		std::swap(left, right);
		std::swap(iLSize, iRSize);
		cSign = '-';
	}
	else
	{
		cSign = '+';
	}
	ret.resize(iLSize);
	ret[0] = cSign;
	char step = 0;
	for (size_t iCount = 1; iCount < iLSize; ++iCount)
	{
		int ch = left[iLSize - iCount] - '0' - step;
		if (iCount < iRSize)
		{
			ch -= (right[iRSize - iCount] - '0');
		}
		if (ch < 0)
		{
			step = 1;
			ch = ch + 10;
		}
		else
		{
			step = 0;
		}
		ret[iLSize - iCount] = ch + '0';
	}
	return ret;
}/*SubStr(const BigData& bigData)*/

BigData BigData::operator*(const BigData& bigData)
{
	if (this->_pData[1] == '0' || bigData._pData[1] == '0')
	{
		return INT64(0);
	}
	char cSign = '+';
	if (this->_pData[0] != bigData._pData[0])
	{
		cSign = '-';
	}
	if (this->_pData[1] == '1')
	{
		std::string ret = bigData._pData;
		ret[0] = cSign;
		return ret.c_str();
	}
	if (bigData._pData[1] == '1')
	{
		std::string ret = this->_pData;
		ret[0] = cSign;
		return ret.c_str();
	}
	if (this->_IsINT64OverFlow() && bigData._IsINT64OverFlow()) //没溢出
	{		
		if ((cSign == '+') &&  //同号且结果没溢出
			((this->_value > 0 && MAXINT64 / this->_value >= bigData._value) ||
			(this->_value < 0 && MAXINT64 / this->_value <= bigData._value)))
		{
			return this->_value * bigData._value;
		}
		if ((cSign == '-') &&  //异号且结果没溢出
			((this->_value > 0 && MININT64 / this->_value <= bigData._value) ||
			(this->_value < 0 && MININT64 / this->_value >= bigData._value)))
		{
			return this->_value * bigData._value;
		}
	}
	return this->MulStr(bigData).c_str();
}

std::string BigData::MulStr(const BigData& bigData)const
{
	char cSign = '+';
	if (this->_pData[0] != bigData._pData[0])
	{
		cSign = '-';
	}
	std::string left = this->_pData;
	std::string right = bigData._pData;
	size_t iLSize = left.size();
	size_t iRSize = right.size();
	std::string ret;
	ret.resize(iLSize + iRSize - 1);
	ret[0] = cSign;
	if (iLSize < iRSize)
	{
		std::swap(left, right);
		std::swap(iLSize, iRSize);
	}
	int step = 0;
	for (int iRCount = 0; iRCount < iRSize - 1; ++iRCount)
	{
		step = 0;
		int chR = right[iRSize - 1 - iRCount] - '0';
		if (0 == chR)
		{
			continue;
		}
		for (int iLCount = 1; iLCount < (int)iLSize; ++iLCount)
		{
			int ch = chR * (left[iLSize - iLCount] - '0')
				+ step + ret[iLSize + iRSize - 1 - iLCount - iRCount];
			ret[iLSize + iRSize - 1 - iLCount - iRCount] = ch % 10;
			step = ch / 10;
		}
		ret[iRSize - iRCount - 1] += step;
	}
	for (int iCount = 1; iCount < iLSize + iRSize - 1; ++iCount)
	{
		ret[iCount] += '0';
	}
	return ret.c_str();
}

BigData BigData::operator/(const BigData& bigData)
{
	//right == 0
	if (bigData._pData[1] == '0')
		assert(false);
	
	//left == 0
	if (this->_pData[1] == '0')
	{
		return INT64(0);
	}

	//无溢出，结果肯定无溢出
	if (this->_IsINT64OverFlow() && bigData._IsINT64OverFlow())
	{
		return this->_value / bigData._value;
	}
	char cSign = '+';
	if (this->_pData[0] != bigData._pData[0])
	{
		cSign = '-';
	}
	size_t iLSize = this->_pData.size();
	size_t iRSize = bigData._pData.size();

	//left < right
	if ((iLSize < iRSize) || 
		(iLSize == iRSize && 
			strcmp(this->_pData.c_str() + 1, bigData._pData.c_str() + 1) < 0))
	{
		return INT64(0);
	}

	//right == +1 or -1
	if (iRSize == 2 && bigData._pData[1] == '1')
	{
		std::string ret = this->_pData;
		ret[0] = cSign;
		return ret.c_str();
	}

	//left == right
	if (strcmp(this->_pData.c_str() + 1, bigData._pData.c_str() + 1) == 0)
	{
		std::string ret = "+1";
		ret[0] = cSign;
		return ret.c_str();
	}

	//有溢出,一般情况
	return this->DivStr(bigData).c_str();
}

std::string BigData::DivStr(const BigData& bigData)const 
{
	char cSign = '+';
	if (this->_pData[0] != bigData._pData[0])
	{
		cSign = '-';
	}
	size_t iLsize = this->_pData.size();
	size_t iRSize = bigData._pData.size();
	std::string ret;
	ret.append(1, cSign);

	std::string leftStr = this->_pData.c_str(); //否则会改变this
	std::string rightStr = bigData._pData.c_str();
	char* left = (char*)(leftStr.c_str() + 1);
	char* right = (char*)(rightStr.c_str() + 1);
	int iCount = iRSize - 1;

	while (true)
	{
		int slenLeft = strlen(left);
		int slenRight = strlen(right);
		if ((slenLeft < slenRight) || (slenLeft == slenRight&&strcmp(left, right) < 0))
		{
			break;
		}
		if (!IsLeftStrBig(left, iCount, right, iRSize - 1)) //left < right
		{
			ret.append(1, '0');
			++iCount;
			continue;
		}
		char ch = LoopSub(left, iCount, right, iRSize - 1);
		while (*left == '0')
		{
			++left;
			--iCount;
		}
		++iCount; //取得下一位
		ret.append(1, ch);
	}

	return ret.c_str();
}

char BigData::LoopSub(char* pLeft, int iLSize, const char* pRight, int iRSize)const
{
	char ret = '0';
	while (IsLeftStrBig(pLeft, iLSize, pRight, iRSize))
	{
		ret++;
		for (int i = iLSize - 1; (i >= 0) && (iRSize + i - iLSize >= 0); --i)
		{		
			pLeft[i] -= (pRight[iRSize + i - iLSize] - '0');
			if (pLeft[i] < '0')
			{
				pLeft[i] += 10;
				--pLeft[i - 1];
			}		
		}//for
		//去0 eg：0334
		while (*pLeft == '0')
		{
			++pLeft;
			--iLSize;
		}
	}//while

	return ret;
}

bool BigData::IsLeftStrBig(const char* pLeft, int iLSize, const char* pRight, int iRSize)const
{
	if ((iLSize > iRSize) ||
		(iLSize == iRSize && strcmp(pLeft, pRight) >= 0))
	{
		return true;
	}
	return false;
}

void BigData::_Int64ToStr()
{
	char cSign = '+';
	if (this->_value < 0)
	{
		cSign = '-';
	}
	this->_pData.append(1, cSign);
	if (this->_value == 0)
	{
		this->_pData.append(1, '0');
		return;
	}
	INT64 temp = this->_value;

	while (temp)
	{
		this->_pData.append(1, (temp % 10 + '0'));
		temp /= 10;
	}
	char* left = (char*)(this->_pData.c_str() + 1);
	char* right = left + this->_pData.size() - 2;
	while (left < right)
	{
		char ch = *left;
		*left++ = *right;
		*right-- = ch;
	}
}/*void BigData::_Int64ToStr()*/

bool BigData::_IsINT64OverFlow()const
{
	std::string max = "+9223372036854775807";
	std::string min = "-9223372036854775808";
	size_t size = this->_pData.size();
	if (size < max.size())
	{
		return true;
	}
	if ((this->_pData[0] == '+') && (size == max.size()) && (this->_pData <= max))
	{
		return true;//返回true没有溢出
	}
	if ((this->_pData[0] == '-') && (size == min.size()) && (this->_pData <= min))
	{
		return true;
	}
	return false;
}/*bool BigData::_IsINT64OverFlow()const*/

std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const BigData& bigData)
{
	if (bigData._IsINT64OverFlow())//没有溢出
	{
		_cout << bigData._value << std::endl;
	}
	else
	{
		if (bigData._pData[0] == '+')
		{
			_cout << bigData._pData.c_str() + 1 << std::endl;
		}
		else
		{
			_cout << bigData._pData << std::endl;
		}
	}
	return _cout;
}

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