Initial commit: C++ courseware

2026-11-05 22:51:02 +08:00
commit 4a4ee7c287
@@ -0,0 +1,120 @@
+# **C++ 高精度减法讲义**
+
+#### 1. 思想
+
+既然高精度加法可以通过“反转 -> 补零 -> 逐位相加”的流程简化计算，减法是否也可以呢？
+
+答案是肯定的！通过**完全相同的预处理步骤**，我们同样可以将减法问题转化为一个从左到右的、下标对齐的简单循环。
+
+**产生了新的问题：**
+
+我们已经知道如何用字符串来模拟大数的加法。减法同样可以模拟，但比加法多了三个问题：
+
+*   **预处理**：减法必须先判断大小，确定结果的符号。
+*   **计算**：将进位(`carry`) 逻辑替换为借位(`borrow`) 逻辑。
+*   **后处理**：减法的结果可能产生前导零 (例如 `123-120=003`)，需要特殊处理。
+
+#### 2. 算法步骤详解
+
+**判断符号 (这是减法独有的)**
+
+*   在计算前，必须比较 `a` 和 `b` 的大小。
+*   创建一个 `bool negative = false;` 标志位。
+*   如果 `b` 比 `a` 大，说明结果是负数。我们记下 `negative = true;`，然后交换 `a` 和 `b`。
+*   **目的**：通过这一步，我们保证了接下来的计算永远是 `大数 - 小数`，极大地简化了借位逻辑。
+
+**反转与补零 (与加法完全一致)**
+
+*   将 `a` 和 `b` (已经是大数和小数了) 同时反转。
+*   在较短的字符串**末尾**补 `0`，使其与较长的等长。
+*   **目的**：让原本的“个位、十位、百位...”对齐到字符串的索引 `0, 1, 2...`，从而可以使用一个简单的 `for` 循环从左到右处理。
+
+**核心循环——逐位相减**
+这是算法的核心，我们将在这里实现借位逻辑。
+
+*   创建一个 `int borrow = 0;` 用于记录借位。
+*   循环从 `i = 0` 开始：
+    1.  **取数计算**：`diff = (a[i]-'0') - (b[i]-'0') - borrow;`
+        *   `a[i]` 是被减数，`b[i]` 是减数。
+        *   `borrow` 是来自**更低位**的借位请求。如果上一轮（`i-1`）发生了借位，`borrow` 就是 `1`，意味着当前位的 `a[i]` 已经被借走了一个 `1`。
+    2.  **判断并处理借位**：
+        *   如果 `diff < 0`，说明当前位不够减。
+            *   `diff += 10;` (向更高位借来的 `1` 在本位体现为 `10`)。
+            *   `borrow = 1;` (设置借位标记，告诉**下一轮循环**，它的 `a[i+1]` 被借走了)。
+        *   如果 `diff >= 0`，说明够减。
+            *   `borrow = 0;` (重置借位标记)。
+    3.  **拼接结果**：`ans += to_string(diff);`
+
+**去除前导零 (在反转前操作)**
+
+*   我们得到的 `ans` 是一个倒序的结果。例如，`123 - 120` 的计算结果 `3`，在 `ans` 中会是 `"300"`。
+*   如果直接反转，会得到 `"003"`。
+*   所以，我们必须在**最终反转之前**，去除 `ans` **末尾**多余的 `0`。
+*   **注意**：要保留最后一位 `0` (例如 `10 - 10` 的结果是 `0`)，所以循环条件是 `ans.size() > 1`。
+
+**最终反转与添加符号**
+
+*   将清理好的 `ans` 字符串反转回来，得到正确的顺序。
+*   检查设置的 `negative` 标志位。如果为 `true`，在结果的最前面加上 `"-"`。
+
+#### 3. 完整代码实现
+
+```cpp
+// 比较函数，判断 a 是否大于 b
+bool isGreater(string a, string b) {
+    if (a.length() != b.length()) {
+        return a.length() > b.length();
+    }
+    return a > b; // 长度相同时，直接按字典序比较
+}
+
+string sub(string a, string b) {
+    // 判断符号，并确保 a >= b
+    bool negative = false;
+    if (isGreater(b, a)) {
+        negative = true;
+        swap(a, b);
+    }
+    
+    // 将两个输入字符串都反转
+    reverse(a.begin(), a.end());
+    reverse(b.begin(), a.end());
+
+    // 在较短的字符串末尾补 '0'，使其与较长的等长
+    while (b.size() < a.size())  b += '0';
+
+    string ans = "";
+    int borrow = 0;
+
+    // 核心循环，逐位相减
+    for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
+        // 计算当前位的差值（考虑上一位的借位）
+        int diff = (a[i] - '0') - (b[i] - '0') - borrow;
+
+        // 判断是否需要向更高位借位
+        if (diff < 0) {
+            // 当前位不够减，需要借位
+            diff += 10;   // 借来的 1 在本位变成了 10
+            borrow = 1;   // 产生了借位，标记下一轮计算要被借走
+        } else {
+            // 当前位够减，无需借位
+            borrow = 0;   // 重置借位标记
+        }
+        // 将当前位的结果拼接到 ans 末尾
+        ans += to_string(diff);
+    }
+
+    // 在反转前，把倒序结果末尾的 0 去掉 (处理前导零)
+    while (ans.size() > 1 && ans.back() == '0') {
+        ans.pop_back();
+    }
+
+    // 将最终结果反转回来
+    reverse(ans.begin(), ans.end());
+
+    // 如果结果为负，添加负号
+    if (negative) ans = "-" + ans;
+
+    return ans;
+}
+```