C++ integer from string

Question

Как вы преобразовываете std::string в целое число без знака и допускаете очень длинные входы?

Например, ввод 5000000000 должен возвращать 705032704 (5000000000 mod 2^32), считая здесь, что unsigned - 32 бита. Вход 9999999999999999999999999999 должен вернуть 268435455.

std::stoi и друзья дают std::out_of_range, когда такое большое количество предоставляется.

Использование std::istringstream::operator>>(unsigned) просто не дает таких данных.

Есть ли какая-либо функция для преобразования строки в целое число, без возможности восстановления в случае больших входов? (Я бы предпочел, чтобы не писать один я, если это возможно.)

Answer 1

Вы можете написать функцию самостоятельно:

unsigned int get_uint(const std::string &s) { 
    unsigned int r = 0U; 
    for(auto c : s) { 
     assert(std::isdigit(c)); 
     r = r * 10 + (c - '0'); 
    } 
    return r; 
} 

Live example

Это работает, потому что беззнаковое переполнение работает как по модулю арифметика в C++ ,

От 3.9.1/4

беззнаковых целых, без знака объявлены, должны подчиняться законам арифметики по модулю 2^п, где п число битов в представлении значение этого конкретного размера integer

Answer 2

Нет стандартной поддержки bigint в C++, в отличие от Python и Java. Но есть много библиотек, которые предоставят вам необходимую поддержку. Вот реализация BIGINT в C++, который я использую иногда в конкурентном программировании:

#include <vector> 
#include <cstdlib> 
#include <iostream> 
#include <iomanip> 
#include <string> 
#include <ctime> 
using namespace std; 

const int base = 1000000000; 
const int base_digits = 9; 

struct bigint 
{ 
vector<int> a; 
int sign; 

bigint() : 
    sign(1) 
{ 
} 

bigint(long long v) 
{ 
    *this = v; 
} 

bigint(const string &s) 
{ 
    read(s); 
} 

void operator=(const bigint &v) 
{ 
    sign = v.sign; 
    a = v.a; 
} 

void operator=(long long v) 
{ 
    sign = 1; 
    if (v < 0) 
     sign = -1, v = -v; 
    for (; v > 0; v = v/base) 
     a.push_back(v % base); 
} 

bigint operator+(const bigint &v) const 
{ 
    if (sign == v.sign) 
    { 
     bigint res = v; 

     for (int i = 0, carry = 0; i < (int) max(a.size(), v.a.size()) || carry; ++i) 
     { 
      if (i == (int) res.a.size()) 
       res.a.push_back(0); 
      res.a[i] += carry + (i < (int) a.size() ? a[i] : 0); 
      carry = res.a[i] >= base; 
      if (carry) 
       res.a[i] -= base; 
     } 
     return res; 
    } 
    return *this - (-v); 
} 

bigint operator-(const bigint &v) const 
{ 
    if (sign == v.sign) 
    { 
     if (abs() >= v.abs()) 
     { 
      bigint res = *this; 
      for (int i = 0, carry = 0; i < (int) v.a.size() || carry; ++i) 
      { 
       res.a[i] -= carry + (i < (int) v.a.size() ? v.a[i] : 0); 
       carry = res.a[i] < 0; 
       if (carry) 
        res.a[i] += base; 
      } 
      res.trim(); 
      return res; 
     } 
     return -(v - *this); 
    } 
    return *this + (-v); 
} 

void operator*=(int v) 
{ 
    if (v < 0) 
     sign = -sign, v = -v; 
    for (int i = 0, carry = 0; i < (int) a.size() || carry; ++i) 
    { 
     if (i == (int) a.size()) 
      a.push_back(0); 
     long long cur = a[i] * (long long) v + carry; 
     carry = (int) (cur/base); 
     a[i] = (int) (cur % base); 
    } 
    trim(); 
} 

bigint operator*(int v) const 
{ 
    bigint res = *this; 
    res *= v; 
    return res; 
} 

friend pair<bigint, bigint> divmod(const bigint &a1, const bigint &b1) 
{ 
    int norm = base/(b1.a.back() + 1); 
    bigint a = a1.abs() * norm; 
    bigint b = b1.abs() * norm; 
    bigint q, r; 
    q.a.resize(a.a.size()); 

    for (int i = a.a.size() - 1; i >= 0; i--) 
    { 
     r *= base; 
     r += a.a[i]; 
     int s1 = r.a.size() <= b.a.size() ? 0 : r.a[b.a.size()]; 
     int s2 = r.a.size() <= b.a.size() - 1 ? 0 : r.a[b.a.size() - 1]; 
     int d = ((long long) base * s1 + s2)/b.a.back(); 
     r -= b * d; 
     while (r < 0) 
      r += b, --d; 
     q.a[i] = d; 
    } 

    q.sign = a1.sign * b1.sign; 
    r.sign = a1.sign; 
    q.trim(); 
    r.trim(); 
    return make_pair(q, r/norm); 
} 

bigint operator/(const bigint &v) const 
{ 
    return divmod(*this, v).first; 
} 

bigint operator%(const bigint &v) const 
{ 
    return divmod(*this, v).second; 
} 

void operator/=(int v) 
{ 
    if (v < 0) 
     sign = -sign, v = -v; 
    for (int i = (int) a.size() - 1, rem = 0; i >= 0; --i) 
    { 
     long long cur = a[i] + rem * (long long) base; 
     a[i] = (int) (cur/v); 
     rem = (int) (cur % v); 
    } 
    trim(); 
} 

bigint operator/(int v) const 
{ 
    bigint res = *this; 
    res /= v; 
    return res; 
} 

int operator%(int v) const 
{ 
    if (v < 0) 
     v = -v; 
    int m = 0; 
    for (int i = a.size() - 1; i >= 0; --i) 
     m = (a[i] + m * (long long) base) % v; 
    return m * sign; 
} 

void operator+=(const bigint &v) 
{ 
    *this = *this + v; 
} 
void operator-=(const bigint &v) 
{ 
    *this = *this - v; 
} 
void operator*=(const bigint &v) 
{ 
    *this = *this * v; 
} 
void operator/=(const bigint &v) 
{ 
    *this = *this/v; 
} 

bool operator<(const bigint &v) const 
{ 
    if (sign != v.sign) 
     return sign < v.sign; 
    if (a.size() != v.a.size()) 
     return a.size() * sign < v.a.size() * v.sign; 
    for (int i = a.size() - 1; i >= 0; i--) 
     if (a[i] != v.a[i]) 
      return a[i] * sign < v.a[i] * sign; 
    return false; 
} 

bool operator>(const bigint &v) const 
{ 
    return v < *this; 
} 
bool operator<=(const bigint &v) const 
{ 
    return !(v < *this); 
} 
bool operator>=(const bigint &v) const 
{ 
    return !(*this < v); 
} 
bool operator==(const bigint &v) const 
{ 
    return !(*this < v) && !(v < *this); 
} 
bool operator!=(const bigint &v) const 
{ 
    return *this < v || v < *this; 
} 

void trim() 
{ 
    while (!a.empty() && !a.back()) 
     a.pop_back(); 
    if (a.empty()) 
     sign = 1; 
} 

bool isZero() const 
{ 
    return a.empty() || (a.size() == 1 && !a[0]); 
} 

bigint operator-() const 
{ 
    bigint res = *this; 
    res.sign = -sign; 
    return res; 
} 

bigint abs() const 
{ 
    bigint res = *this; 
    res.sign *= res.sign; 
    return res; 
} 

long long longValue() const 
{ 
    long long res = 0; 
    for (int i = a.size() - 1; i >= 0; i--) 
     res = res * base + a[i]; 
    return res * sign; 
} 

friend bigint gcd(const bigint &a, const bigint &b) 
{ 
    return b.isZero() ? a : gcd(b, a % b); 
} 
friend bigint lcm(const bigint &a, const bigint &b) 
{ 
    return a/gcd(a, b) * b; 
} 

void read(const string &s) 
{ 
    sign = 1; 
    a.clear(); 
    int pos = 0; 
    while (pos < (int) s.size() && (s[pos] == '-' || s[pos] == '+')) 
    { 
     if (s[pos] == '-') 
      sign = -sign; 
     ++pos; 
    } 
    for (int i = s.size() - 1; i >= pos; i -= base_digits) 
    { 
     int x = 0; 
     for (int j = max(pos, i - base_digits + 1); j <= i; j++) 
      x = x * 10 + s[j] - '0'; 
     a.push_back(x); 
    } 
    trim(); 
} 

friend istream& operator>>(istream &stream, bigint &v) 
{ 
    string s; 
    stream >> s; 
    v.read(s); 
    return stream; 
} 

friend ostream& operator<<(ostream &stream, const bigint &v) 
{ 
    if (v.sign == -1) 
     stream << '-'; 
    stream << (v.a.empty() ? 0 : v.a.back()); 
    for (int i = (int) v.a.size() - 2; i >= 0; --i) 
     stream << setw(base_digits) << setfill('0') << v.a[i]; 
    return stream; 
} 

static vector<int> convert_base(const vector<int> &a, int old_digits, int new_digits) 
{ 
    vector<long long> p(max(old_digits, new_digits) + 1); 
    p[0] = 1; 
    for (int i = 1; i < (int) p.size(); i++) 
     p[i] = p[i - 1] * 10; 
    vector<int> res; 
    long long cur = 0; 
    int cur_digits = 0; 
    for (int i = 0; i < (int) a.size(); i++) 
    { 
     cur += a[i] * p[cur_digits]; 
     cur_digits += old_digits; 
     while (cur_digits >= new_digits) 
     { 
      res.push_back(int(cur % p[new_digits])); 
      cur /= p[new_digits]; 
      cur_digits -= new_digits; 
     } 
    } 
    res.push_back((int) cur); 
    while (!res.empty() && !res.back()) 
     res.pop_back(); 
    return res; 
} 

typedef vector<long long> vll; 

static vll karatsubaMultiply(const vll &a, const vll &b) 
{ 
    int n = a.size(); 
    vll res(n + n); 
    if (n <= 32) 
    { 
     for (int i = 0; i < n; i++) 
      for (int j = 0; j < n; j++) 
       res[i + j] += a[i] * b[j]; 
     return res; 
    } 

    int k = n >> 1; 
    vll a1(a.begin(), a.begin() + k); 
    vll a2(a.begin() + k, a.end()); 
    vll b1(b.begin(), b.begin() + k); 
    vll b2(b.begin() + k, b.end()); 

    vll a1b1 = karatsubaMultiply(a1, b1); 
    vll a2b2 = karatsubaMultiply(a2, b2); 

    for (int i = 0; i < k; i++) 
     a2[i] += a1[i]; 
    for (int i = 0; i < k; i++) 
     b2[i] += b1[i]; 

    vll r = karatsubaMultiply(a2, b2); 
    for (int i = 0; i < (int) a1b1.size(); i++) 
     r[i] -= a1b1[i]; 
    for (int i = 0; i < (int) a2b2.size(); i++) 
     r[i] -= a2b2[i]; 

    for (int i = 0; i < (int) r.size(); i++) 
     res[i + k] += r[i]; 
    for (int i = 0; i < (int) a1b1.size(); i++) 
     res[i] += a1b1[i]; 
    for (int i = 0; i < (int) a2b2.size(); i++) 
     res[i + n] += a2b2[i]; 
    return res; 
} 

bigint operator*(const bigint &v) const 
{ 
    vector<int> a6 = convert_base(this->a, base_digits, 6); 
    vector<int> b6 = convert_base(v.a, base_digits, 6); 
    vll a(a6.begin(), a6.end()); 
    vll b(b6.begin(), b6.end()); 
    while (a.size() < b.size()) 
     a.push_back(0); 
    while (b.size() < a.size()) 
     b.push_back(0); 
    while (a.size() & (a.size() - 1)) 
     a.push_back(0), b.push_back(0); 
    vll c = karatsubaMultiply(a, b); 
    bigint res; 
    res.sign = sign * v.sign; 
    for (int i = 0, carry = 0; i < (int) c.size(); i++) 
    { 
     long long cur = c[i] + carry; 
     res.a.push_back((int) (cur % 1000000)); 
     carry = (int) (cur/1000000); 
    } 
    res.a = convert_base(res.a, 6, base_digits); 
    res.trim(); 
    return res; 
} 
}; 

int main() 
{ 
bigint  a("99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999"); 
bigint b("19999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999998"); 
cout << a * b << endl; 
cout << a/b << endl; 

string sa, sb; 
for (int i = 0; i < 100000; i++) 
    sa += i % 10 + '0'; 
for (int i = 0; i < 20000; i++) 
    sb += i % 10 + '0'; 
a = bigint(sa); 
b = bigint(sb); 

clock_t start = clock(); 
bigint c = a/b; 
fprintf(stderr, "time=%.3lfsec\n", 0.001 * (clock() - start)); 
return 0; 
} 

Answer 3

Использование std::stoull если умещается в вашем диапазоне, иначе идут для библиотек BigInteger в C++

unsigned long long stoull(const std::string & str, std::size_t * pos = 0, int base = 10); 

Хорошая библиотека BIGINT является https://mattmccutchen.net/bigint/.