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c++中如何实现大数阶乘算法_c++高精度阶乘计算步骤详解【详解】

穿越時空

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发布时间:2026-01-20 14:00:56

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来源于php中文网

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因为20!已超long long范围,需用vector模拟高精度:每位存0–9、低位在前,乘法时逐位计算并处理进位,输出前倒序遍历。

c++中如何实现大数阶乘算法_c++高精度阶乘计算步骤详解【详解】

为什么不能直接用 long long 算阶乘

因为 20! 就已经超过 long long 最大值(约 9.2e18),50! 有 65 位十进制数,必须用数组或字符串模拟每一位的运算。C++ 标准库不提供内置大整数类型(__int128 仅支持有限范围且不可移植),所以得手写高精度乘法。

vector 存储各位数字(低位在前)

这是最常用、最易理解的实现方式:每个 vector 元素存一位十进制数字(0–9),索引 0 表示个位,索引 1 表示十位……这样进位处理自然直观。

  • 每次乘一个整数 k,从低位到高位遍历当前结果数组,执行 digit[i] * k + carry
  • 新位数 = (digit[i] * k + carry) % 10,进位 = (digit[i] * k + carry) / 10
  • 乘完后若还有 carry > 0,需不断 push_back(carry % 10) 并更新 carry /= 10
  • 避免前置零:最终输出时倒序遍历,跳过开头的 0(但注意 0!1! 结果是 "1",不能全跳)
vector factorial(int n) {
    vector res = {1}; // 0! = 1
    for (int k = 2; k <= n; ++k) {
        int carry = 0;
        for (int i = 0; i < res.size(); ++i) {
            int prod = res[i] * k + carry;
            res[i] = prod % 10;
            carry = prod / 10;
        }
        while (carry) {
            res.push_back(carry % 10);
            carry /= 10;
        }
    }
    return res;
}

输出时别忘了反转顺序

vector 存的是「个位在前」,打印必须从最高位(即 res.back())开始倒着输出,否则得到的是逆序结果。常见错误是直接循环 i = 0size()-1,输出变成 "123" 而不是 "321"(比如 6! = 720,若不反转会输出 "027")。

  • 正确输出方式:for (int i = res.size() - 1; i >= 0; --i) cout
  • 如果用 string 存结果,可先构建再 reverse(s.begin(), s.end()),但不如 vector 直接高效
  • 注意 n = 0n = 1 时,res 只有一个元素 {1},倒序输出仍是 "1"

性能和边界要注意这些点

算法时间复杂度约为 O(n × len),其中 len 是当前结果的位数(增长约 O(n log n))。对 n ≤ 10000 是可行的;超过这个量级建议改用分治法(如二分递归 + FFT 优化乘法),但日常 OJ 题目用上述方法足够。

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  • 不要用 vector 试图节省空间——char 溢出风险高(9 * 10000 = 90000,远超 char 范围),int 更安全
  • 输入 n = 0 必须特判或确保初始化为 {1},否则循环不执行,结果为空
  • 某些平台 cout 输出大量数字较慢,可改用 printf 或先拼成 string 再一次性输出
  • 如果要返回字符串而非 vector,别在每次乘法后都调用 to_string——转换开销大,最后统一转即可

实际写的时候,最容易漏掉的是进位清空逻辑和输出方向。尤其调试时看到一串乱序数字,第一反应该检查是不是忘了倒过来打印。

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