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c++中如何求两个数的最大公约数_c++辗转相除法实现

穿越時空

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发布时间:2026-01-10 13:18:10

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std::gcd最快且安全,但需C++17支持;手写推荐迭代版,避免栈溢出与符号问题;注意abs(INT_MIN)溢出及类型匹配。

c++中如何求两个数的最大公约数_c++辗转相除法实现

std::gcd 最快,但要注意 C++17 起才支持

如果你的编译器支持 C++17(如 GCC 8+、Clang 7+、MSVC 2017 Update 5+),直接调用标准库函数最省事:

std::gcd(a, b)
它自动处理符号(返回非负结果)、零值(std::gcd(a, 0) == abs(a)),且内部通常用汇编优化。但注意:参数必须是整型,且不能是浮点或自定义类型。

手写辗转相除法:递归写法简洁,但深可能溢出

核心逻辑是反复用大数对小数取余,直到余数为 0。递归实现直观:

int gcd(int a, int b) {
    return b == 0 ? abs(a) : gcd(b, a % b);
}
  • a % b 的符号依赖于被除数 a(C++ 中负数取模结果可为负),所以最终返回前加 abs()
  • 递归深度最坏是 O(log min(|a|,|b|)),对极大数(如接近 INT_MAX)仍安全;但若编译器未开启尾递归优化,极端情况可能栈溢出
  • 避免传入两个 0 —— 会导致无限递归(gcd(0,0) 数学上无定义)

手写辗转相除法:迭代写法更可控,推荐生产环境使用

迭代避免了函数调用开销和栈风险,逻辑也更贴近硬件执行流程:

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int gcd(int a, int b) {
    a = abs(a);
    b = abs(b);
    while (b != 0) {
        int r = a % b;
        a = b;
        b = r;
    }
    return a;
}
  • 一开始就用 abs() 统一转正,后续所有 % 运算都安全,无需在循环中反复判断符号
  • 循环体仅含三步赋值,CPU 流水线友好,现代编译器容易内联
  • 如果输入含 0(如 gcd(0, 5)),第一轮就跳出,返回 5,符合数学定义

边界与类型问题:别让 int 溢出毁掉整个计算

辗转相除法本身不产生中间大数,但若原始输入是 long long,而你用 int 接收,会截断出错。更隐蔽的是:当其中一个数是 INT_MIN 时,abs(INT_MIN) 在二进制补码下溢出(仍是 INT_MIN)。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 处理大整数务必匹配类型:用 long long 就全用 long long,别混用
  • 安全取绝对值可改用 llabs()(对 long long)或手动判断:
    if (a == INT_MIN) a = INT_MAX; // 不推荐,仅作示意
    实际应优先用无符号类型或检查输入范围
  • 若需支持任意精度,得换用 boost::multiprecision 或自己实现大数取模
辗转相除法本身简单,真正容易出问题的是符号处理、类型匹配和边界输入——这些地方多花两秒检查,比事后调试半小时强得多。

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