【大数四则运算】——线性表 [习题描述] 设计—个实现任意长的整数进行四则运算和幂次运算的演示程序。 [基本要求] 利用双向循环链表实现大数的存储,每个结点含一个整型变量。 [实现提示] 实现原理:任何一个数都可以表示成指数形式,如下所示: N=nEe (0=<n 的绝对值<=1,e 为 10 的指数幂) 例如 100 可以表示成 1E2,1001 可以表示成 1.01E3

时间: 2024-03-09 18:47:48 浏览: 152
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基于链表实现的大数四则运算,支持小数,外附带幂运算,理论上长度不限

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这是一道关于大数四则运算的题目,需要使用双向循环链表来存储大数,每个节点包含一个整型变量,实现指数形式的表示法。 具体实现思路如下: 1. 定义一个结构体表示链表的节点,包含一个整型变量和两个指针分别指向前驱节点和后继节点。 2. 定义一个函数来创建链表,该函数使用一个字符串表示大数,将其转化为链表的形式存储。 3. 定义四个函数分别实现大数的加、减、乘、除四种运算,这四个函数的实现都需要对链表进行操作。 4. 定义一个函数实现大数的幂次运算,该函数使用快速幂算法实现,也需要对链表进行操作。 5. 定义一个函数实现链表的输出,将链表转换为指数形式输出。 具体实现过程中需要注意链表的初始化、插入、删除等操作,以及处理进位和借位的情况。同时,为了方便计算,可以将大数转化为以10的指数幂为底的指数形式,这样可以方便地进行数位的对齐和运算。 以下是一个可能的C语言实现示例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define BASE 10000 #define MAX_DIGITS 100 typedef struct Node { int val; struct Node *prev, *next; } Node; typedef struct { Node *head, *tail; int len; } BigInt; Node *new_node(int val) { Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node)); node->val = val; node->prev = node->next = NULL; return node; } BigInt *new_bigint() { BigInt *bigint = (BigInt *)malloc(sizeof(BigInt)); bigint->head = bigint->tail = NULL; bigint->len = 0; return bigint; } void insert_front(BigInt *bigint, int val) { Node *node = new_node(val); if (bigint->head == NULL) { bigint->head = bigint->tail = node; } else { node->next = bigint->head; bigint->head->prev = node; bigint->head = node; } bigint->len++; } void insert_back(BigInt *bigint, int val) { Node *node = new_node(val); if (bigint->tail == NULL) { bigint->head = bigint->tail = node; } else { node->prev = bigint->tail; bigint->tail->next = node; bigint->tail = node; } bigint->len++; } void remove_front(BigInt *bigint) { if (bigint->head == NULL) return; Node *node = bigint->head; bigint->head = node->next; if (bigint->head != NULL) bigint->head->prev = NULL; else bigint->tail = NULL; bigint->len--; free(node); } void remove_back(BigInt *bigint) { if (bigint->tail == NULL) return; Node *node = bigint->tail; bigint->tail = node->prev; if (bigint->tail != NULL) bigint->tail->next = NULL; else bigint->head = NULL; bigint->len--; free(node); } void clear(BigInt *bigint) { while (bigint->len > 0) remove_front(bigint); } BigInt *from_str(char *str) { BigInt *bigint = new_bigint(); int len = strlen(str); int i, j, n; for (i = len - 1; i >= 0; i -= 4) { int val = 0; for (j = 0, n = 1; j < 4 && i - j >= 0; j++, n *= 10) { val += (str[i - j] - '0') * n; } insert_front(bigint, val); } while (bigint->len > 1 && bigint->head->val == 0) remove_front(bigint); return bigint; } char *to_str(BigInt *bigint) { char *str = (char *)malloc(sizeof(char) * (bigint->len * 4 + 1)); int i = 0; Node *node = bigint->head; while (node != NULL) { if (node != bigint->head) { sprintf(str + i, "%04d", node->val); i += 4; } else { sprintf(str + i, "%d", node->val); i += (node->val == 0 ? 1 : (int)log10(node->val) + 1); } node = node->next; } str[i] = '\0'; return str; } int compare(BigInt *a, BigInt *b) { if (a->len != b->len) return (a->len > b->len ? 1 : -1); Node *a_node = a->head, *b_node = b->head; while (a_node != NULL && b_node != NULL) { if (a_node->val != b_node->val) return (a_node->val > b_node->val ? 1 : -1); a_node = a_node->next; b_node = b_node->next; } return 0; } void add(BigInt *a, BigInt *b, BigInt *result) { int carry = 0; Node *a_node = a->tail, *b_node = b->tail; while (a_node != NULL || b_node != NULL || carry != 0) { int sum = carry; if (a_node != NULL) sum += a_node->val; if (b_node != NULL) sum += b_node->val; insert_front(result, sum % BASE); carry = sum / BASE; if (a_node != NULL) a_node = a_node->prev; if (b_node != NULL) b_node = b_node->prev; } } void subtract(BigInt *a, BigInt *b, BigInt *result) { int borrow = 0; Node *a_node = a->tail, *b_node = b->tail; while (a_node != NULL || b_node != NULL || borrow != 0) { int diff = borrow; if (a_node != NULL) diff += a_node->val; if (b_node != NULL) diff -= b_node->val; if (diff < 0) { diff += BASE; borrow = -1; } else { borrow = 0; } insert_front(result, diff); if (a_node != NULL) a_node = a_node->prev; if (b_node != NULL) b_node = b_node->prev; } while (result->len > 1 && result->head->val == 0) remove_front(result); } void multiply(BigInt *a, BigInt *b, BigInt *result) { clear(result); int i, j; for (i = 0; i < a->len; i++) { int carry = 0; BigInt *temp = new_bigint(); for (j = 0; j < i; j++) insert_back(temp, 0); Node *b_node = b->tail; while (b_node != NULL || carry != 0) { int prod = carry; if (b_node != NULL) prod += b_node->val * a->head->val; insert_front(temp, prod % BASE); carry = prod / BASE; if (b_node != NULL) b_node = b_node->prev; } add(result, temp, result); clear(temp); } } void divide(BigInt *a, BigInt *b, BigInt *quo, BigInt *rem) { clear(quo); clear(rem); BigInt *dividend = new_bigint(); Node *node = a->head; while (node != NULL) { insert_back(dividend, node->val); node = node->next; int i; for (i = 0; i < BASE; i++) { multiply(b, rem, rem); add(rem, new_bigint(), rem); add(rem, new_node(i), rem); if (compare(rem, b) >= 0) break; } insert_front(quo, i); subtract(rem, b, rem); } while (quo->len > 1 && quo->head->val == 0) remove_front(quo); while (rem->len > 1 && rem->head->val == 0) remove_front(rem); free(dividend); } void pow_helper(BigInt *a, int n, BigInt *result) { if (n == 0) { insert_front(result, 1); return; } pow_helper(a, n / 2, result); multiply(result, result, result); if (n % 2 == 1) { BigInt *temp = new_bigint(); copy(a, temp); multiply(result, temp, result); clear(temp); } } void pow(BigInt *a, int n, BigInt *result) { clear(result); pow_helper(a, n, result); } int main() { BigInt *a = from_str("123456789012345678901234567890"); BigInt *b = from_str("987654321098765432109876543210"); BigInt *c = new_bigint(); BigInt *d = new_bigint(); BigInt *e = new_bigint(); add(a, b, c); subtract(a, b, d); multiply(a, b, e); char *a_str = to_str(a); char *b_str = to_str(b); char *c_str = to_str(c); char *d_str = to_str(d); char *e_str = to_str(e); printf("%s + %s = %s\n", a_str, b_str, c_str); printf("%s - %s = %s\n", a_str, b_str, d_str); printf("%s * %s = %s\n", a_str, b_str, e_str); pow(a, 3, c); char *c_pow_str = to_str(c); printf("%s ^ 3 = %s\n", a_str, c_pow_str); free(a_str); free(b_str); free(c_str); free(d_str); free(e_str); free(c_pow_str); clear(a); clear(b); clear(c); clear(d); clear(e); free(a); free(b); free(c); free(d); free(e); return 0; } ```
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