用位运算实现四则运算之加减乘除(用位运算求一个数的1/3)

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听同学百度二面中,不准用四则运算操作符来实现四则运算。一想就想到了计算机组成原理上学过的。位运算的思想可以应用到很多地方,这里简单的总结一下用位运算来实现整数的四则运算。

加法运算:

int AddWithoutArithmetic(int num1,int num2)if(num2==0) return num1;//没有进位的时候完成运算 int sum,carry; sum=num1^num2;//完成第一步没有进位的加法运算 carry=(num1&num2)<<1;//完成第二步进位并且左移运算 return AddWithoutArithmetic(sum,carry);//进行递归,相加}

简化一下:

int Add(int a,int b)return b ? Add(a^b,(a&b)<<1) : a; /*if(b)  return Add(a^b,(a&b)<<1); else  return a;*/}

上面的思路就是先不计进位相加,然后再与进位相加,随着递归,进位会变为0,递归结束。 

非递归的版本如下:

int Add(int a, int b)int ans; while(b) {   //直到没有进位  ans = a^b;        //不带进位加法  b = ((a&b)<<1);   //进位  a = ans; } return a;} 

减法运算:

//这个和加法一样了,首先取减数的补码,然后相加。int negtive(int a)   //取补码return Add(~a, 1);}int Sub(int a, int b)return Add(a, negtive(b));} 

正数乘法运算:

//正数乘法运算int Pos_Multiply(int a,int b)int ans = 0while(b) {  if(b&1)   ans = Add(ans, a);  a = (a<<1);  b = (b>>1); } return ans;}

整数除法(正整数)

//除法就是由乘法的过程逆推,依次减掉(如果x够减的)y^(2^31),y^(2^30),...y^8,y^4,y^2,y^1。减掉相应数量的y就在结果加上相应的数量。int Pos_Div(int x,int y)int ans=0for(int i=31;i>=0;i--) {  //比较x是否大于y的(1<<i)次方,避免将x与(y<<i)比较,因为不确定y的(1<<i)次方是否溢出  if((x>>i)>=y)  {   ans+=(1<<i);   x-=(y<<i);  } } return ans;}

完整的实现:

// 加减乘除位运算 // 程序中实现了比较大小、加减乘除运算。所有运算都用位操作实现 // 在实现除法运算时,用了从高位到低位的减法 // 具体如下,算法也比较简单,所以没有作注释#include<iostream>#include<cstdio>using namespace std;int Add(int a, int b)int ans; while(b) {  //直到没有进位  ans = a^b;        //不带进位加法  b = ((a&b)<<1);   //进位  a = ans; } return a;}//这个和加法一样了,首先取减数的补码,然后相加。int negtive(int a)   //取补码return Add(~a, 1);}int Sub(int a, int b)return Add(a, negtive(b));}// 判断正负 int ispos( int a ) { //正 return (a&0xFFFF) && !(a&0x8000);}int isneg( int a ) { //负 return a&0x8000;}int iszero( int a ){ //0 return !(a&0xFFFF);}//正数乘法运算int Pos_Multiply(int a,int b)int ans = 0while(b) {  if(b&1)   ans = Add(ans, a);  a = (a<<1);  b = (b>>1); } return ans;}//乘法运算int Multiply(int a,int b)if( iszero(a) || iszero(b) )  return 0if( ispos(a) && ispos(b) )  return Pos_Multiply(a, b); if( isneg(a) ) {  if( isneg(b) )  {   return Pos_Multiply( negtive(a), negtive(b) );  }  return negtive( Pos_Multiply( negtive(a), b ) ); } return negtive( Pos_Multiply(a, negtive(b)) );}//除法就是由乘法的过程逆推,依次减掉(如果x够减的)y^(2^31),y^(2^30),...y^8,y^4,y^2,y^1。减掉相应数量的y就在结果加上相应的数量。int Pos_Div(int x,int y)int ans=0for(int i=31;i>=0;i--) {  //比较x是否大于y的(1<<i)次方,避免将x与(y<<i)比较,因为不确定y的(1<<i)次方是否溢出  if((x>>i)>=y)  {   ans+=(1<<i);   x-=(y<<i);  } } return ans;}//除法运算int MyDiv( int a, int b )if( iszero(b) ) {  cout << "Error" << endl;  exit(1); } if( iszero(a) )  return 0if( ispos(a) ) {  if( ispos(b) )   return Pos_Div(a, b);  return negtive( Pos_Div( a, negtive(b)) ); } if( ispos(b) )  return negtive( Pos_Div( negtive(a), b ) ); return Pos_Div( negtive(a), negtive(b) );} // 比较两个正数的大小(非负也可) int isbig_pos( int a, int b ) //a>b>0 int c = 1; b = (a^b); if( iszero(b) )  return 0while( b >>= 1 ) {  c <<= 1; } return (c&a);} // 比较两个数的大小 int isbig( int a, int b ) { //a>b if( isneg(a) ) {  if( isneg(b) )  {   return isbig_pos( negtive(b), negtive(a) );  }  return 0; } if( isneg(b) )  return 1return isbig_pos(a, b);}
扩展:在不使用*、/、+、-、%操作符的情况下,如何求一个数的1/3?(用C语言实现)
使用位操作符并实现“+”操作
// 替换加法运算符int add(int x , int y)int res; while(y)       // 直到没有进位 {  res = x^y;       // 不带进位的加法  y = ((x&y)<<1);  // 进位  x = res; } return x;}int divideby3(int num)int sum = 0while(num > 3) {  sum = add(num>>2 , sum);  num = add(num>>2 , num&3); } if(num == 3)  sum = add(sum , 1); return sum;}

原理:n = 4 * a + b; n / 3 = a + (a + b) / 3; 然后 sum += a, n = a + b 并迭代; 当 a == 0 (n < 4)时,sum += floor(n / 3); i.e. 1, if n == 3, else 0




           

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