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【转帖】加法(不使用+、-、*、/)

2012年11月29日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2594字 ⁄ 字号 评论关闭

    转自:http://zhedahht.blog.163.com/blog/static/254111742011125100605/

    题目:写一个函数,求两个整数的之和,要求在函数体内不得使用+、-、×、÷。

    分析:5的二进制是10117的二进制10001。还是试着把计算分成三步:第一步各位相加但不计进位,得到的结果是10100(最后一位两个数都是1,相加的结果是二进制的10。这一步不计进位,因此结果仍然是0);第二步记下进位。在这个例子中只在最后一位相加时产生一个进位,结果是二进制的10;第三步把前两步的结果相加,得到的结果是10110,正好是22。由此可见三步走的策略对二进制也是管用的。

   接下来我们试着把二进制上的加法用位运算来替代。第一步不考虑进位,对每一位相加。00 11的结果都00110的结果都是1。我们可以注意到,这和异或的结果是一样的。对异或而言,0011异或的结果是0,而0110的异或结果是1。接着考虑第二步进位,对000110而言,都不会产生进位,只有11时,会向前产生一个进位。此时我们可以想象成是两个数先做位与运算,然后再向左移动一位。只有两个数都是1的时候,位与得到的结果是1,其余都是0。第三步把前两个步骤的结果相加。如果我们定义一个函数AddWithoutArithmetic,第三步就相当于输入前两步骤的结果来递归调用自己。

int AddWithoutArithmetic(int num1, int num2)
{
if(num2 == 0)
return num1;

int sum = num1 ^ num2;
int carry = (num1 & num2) << 1;

return AddWithoutArithmetic(sum, carry);
}

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    题目:求1+2+…+n,要求不能使用乘除法、forwhileifelseswitchcase等关键字以及条件判断语句(A?B:C

    分析:通常求1+2+…+n除了用公式n(n+1)/2之外,无外乎循环和递归两种思路。由于已明确限制forwhile的使用,循环已经不能再用了。同样,递归函数也需要用if语句或者条件判断语句来判断是继续递归下去还是终止递归,但现在题目已经不允许使用这两种语句了。

    我们仍然围绕循环做文章。循环只是让相同的代码执行n遍而已,我们完全可以不用forwhile达到这个效果。比如定义一个类,我们new一含有n个这种类型元素的数组,那么该类的构造函数将确定会被调用n次。我们可以将需要执行的代码放到构造函数里。如下代码正是基于这个思路:

class Temp
{
public:
Temp() { ++ N; Sum += N; }
static void Reset() { N = 0; Sum = 0; }
static int GetSum() { return Sum; }
private:
static int N;
static int Sum;
};

int Temp::N = 0;
int Temp::Sum = 0;

int solution1_Sum(int n)
{
Temp::Reset();
Temp *a = new Temp[n];
delete []a;
a = 0;
return Temp::GetSum();
}

    我们同样也可以围绕递归做文章。既然不能判断是不是应该终止递归,我们不妨定义两个函数。一个函数充当递归函数的角色,另一个函数处理终止递归的情况,我们需要做的就是在两个函数里二选一。从二选一我们很自然的想到布尔变量,比如ture1)的时候调用第一个函数,false0)的时候调用第二个函数。那现在的问题是如和把数值变量n转换成布尔值。如果对n连续做两次反运算,即!!n,那么非零的n转换为true0转换为false。有了上述分析,我们再来看下面的代码:

class A;
A* Array[2];

class A
{
public:
virtual int Sum (int n) { return 0; }
};

class B: public A
{
public:
virtual int Sum (int n) { return Array[!!n]->Sum(n-1)+n; }
};

int solution2_Sum(int n)
{
A a;
B b;
Array[0] = &a;
Array[1] = &b;

int value = Array[1]->Sum(n);

return value;
}

    这种方法是用虚函数来实现函数的选择。当n不为零时,执行函数B::Sum;当n0时,执行A::Sum。我们也可以直接用函数指针数组,这样可能还更直接一些:

typedef int (*fun)(int);

int solution3_f1(int i)
{
return 0;
}

int solution3_f2(int i)
{
fun f[2]={solution3_f1, solution3_f2};
return i+f[!!i](i-1);
}

    另外我们还可以让编译器帮我们来完成类似于递归的运算,比如如下代码:

template <int n> struct solution4_Sum
{
enum Value { N = solution4_Sum<n - 1>::N + n};
};

template <> struct solution4_Sum<1>
{
enum Value { N = 1};
};

   solution4_Sum<100>::N就是1+2+...+100的结果。当编译器看到solution4_Sum<100>时,就是为模板类solution4_Sum以参数100生成该类型的代码。但以100为参数的类型需要得到以99为参数的类型,因为solution4_Sum<100>::N=solution4_Sum<99>::N+100。这个过程会递归一直到参数为1的类型,由于该类型已经显式定义,编译器无需生成,递归编译到此结束。由于这个过程是在编译过程中完成的,因此要求输入n必须是在编译期间就能确定,不能动态输入。这是该方法最大的缺点。而且编译器对递归编译代码的递归深度是有限制的,也就是要求n不能太大。


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