要理解进制转换中的大数除法 ,核心是先想明白:它本质就是模拟我们小学时"手工列竖式做除法"的过程------只不过把"10进制的数字"换成了"M进制的字符串",把"写在纸上的步骤"翻译成了代码。
我会先从你最熟悉的10进制手工除法讲起,再扩展到M进制的大数除法,最后对应到代码,保证一步一步看懂。
一、先回忆:我们手算是怎么算除法的?
以题目样例 11(10进制)÷ 2 为例,我们手工列竖式的步骤是这样的:
5 (商)
______
2 | 1 1
1 0
______
1 (余数)
→ 商=5,余数=1
然后继续算 5÷2:
2 (商)
______
2 | 5
4
______
1 (余数)
再算 2÷2:
1 (商)
______
2 | 2
2
______
0 (余数)
最后算 1÷2:
0 (商)
______
2 | 1
0
______
1 (余数)
最终得到余数序列 1、1、0、1,反转后就是二进制 1011------这和代码要做的事完全一样!
手工除法的核心步骤(划重点):
- 从高位到低位,逐位处理被除数;
- 每一步:
当前被除数 = 上一步的余数 × 进制基数 + 当前位的数字; - 算当前位的商:
当前被除数 ÷ 除数; - 算新的余数:
当前被除数 % 除数; - 重复直到商为0,余数逆序就是结果。
二、把手工除法"翻译"成M进制的大数除法
现在把场景换成:M进制的字符串(比如16进制"A",也就是10进制的10) ÷ N(比如2),核心逻辑完全不变,只是"进制基数"从10换成了M(比如16)。
例子:16进制"A"(值为10) ÷ 2(目标进制)
手工模拟M进制(16)的除法步骤:
- 被除数:"A"(16进制,对应数值10),除数=2,基数=16(原进制M);
- 第一步:
- 上一步余数=0(初始);
- 当前被除数 = 0 × 16 + 10 = 10;
- 当前商 = 10 ÷ 2 = 5(16进制的"5");
- 余数 = 10 % 2 = 0(这是N进制的第一位);
- 第二步:处理商"5"(16进制)÷2:
- 当前被除数 = 0 × 16 + 5 = 5;
- 当前商 = 5 ÷ 2 = 2(16进制的"2");
- 余数 = 5 % 2 = 1(N进制第二位);
- 第三步:处理商"2"(16进制)÷2:
- 当前被除数 = 1 × 16 + 2 = 18;
- 当前商 = 18 ÷ 2 = 9?不,纠正:商是 18÷2=9?不对,重新来------
(其实更简单的方式:不管M是多少,手工步骤的核心是"基数固定为M",计算逻辑和10进制完全一致)
三、大数除法的代码逻辑(对应手工步骤)
下面把 big_divide 函数拆成和手工步骤对应的部分,每一行都对应你手算的动作:
c
// 大数除法:M进制字符串 ÷ N,返回余数,商存入quotient
int big_divide(const char *dividend, int N, int base, char *quotient) {
int remainder = 0; // 对应手工除法中"上一步的余数",初始为0
char temp_quotient[1024] = {0}; // 存手工除法中"写在上面的商"
int q_idx = 0; // 记录商的位数
int len = strlen(dividend);
for (int i = 0; i < len; i++) { // 手工除法:从高位到低位逐位处理
char c = dividend[i]; // 当前位的字符(比如"A")
// 步骤1:把字符转成数值(比如"A"→10)
int digit = isdigit(c) ? (c-'0') : (c-'A'+10);
// 步骤2:核心!手工除法的"当前被除数 = 上步余数 × 基数 + 当前位数字"
// base就是原进制M(比如16),这一步和你手算10进制时×10完全一样
int current = remainder * base + digit;
// 步骤3:算当前位的商(写在竖式上面)
int q_digit = current / N;
// 步骤4:算新的余数(竖式下面的余数,也是N进制的一位)
remainder = current % N;
// 步骤5:把当前位的商存起来(比如5→'5',10→'A')
temp_quotient[q_idx++] = (q_digit < 10) ? (q_digit+'0') : (q_digit-10+'A');
}
temp_quotient[q_idx] = '\0';
// 步骤6:移除商的前导零(比如商是"005"→"5",手工算时也不会写前导零)
remove_leading_zeros(temp_quotient, quotient);
return remainder; // 返回这一轮的余数(N进制的一位)
}
四、为什么大数除法能解决"溢出"问题?
普通除法(decimal / N)依赖数值类型(比如unsigned long long),而大数除法:
- 被除数是字符串(不是数值),长度只受缓冲区限制,能存任意长的M进制数;
- 每一步计算的
current = remainder × base + digit:remainder是除以N的余数(≤35),base是M(≤36),digit是M进制位值(≤35);- 计算结果
35×36+35=1295,远小于int的范围,完全不会溢出。
五、一句话总结大数除法的核心
把M进制的字符串当成"数字",像手算除法一样逐位处理:每一步用"上轮余数×M+当前位值"算出当前被除数,再除以N得到商和余数------商继续当被除数,余数就是N进制的一位,直到商为0,余数逆序就是结果。
六、再用样例串一遍(10进制11→2进制)
- 初始被除数:"11"(M=10),N=2;
- 第一次调用
big_divide:- 处理第一位'1':current=0×10+1=1 → 商0,余数1;
- 处理第二位'1':current=1×10+1=11 → 商5,余数1;
- 商="5",余数=1(存到结果);
- 第二次调用
big_divide(被除数="5"):- current=0×10+5=5 → 商2,余数1;
- 商="2",余数=1(存到结果);
- 第三次调用
big_divide(被除数="2"):- current=0×10+2=2 → 商1,余数0;
- 商="1",余数=0(存到结果);
- 第四次调用
big_divide(被除数="1"):- current=0×10+1=1 → 商0,余数1;
- 商="0",余数=1(存到结果);
- 余数序列:[1,1,0,1] → 反转后1011,就是最终结果。
这样一步步对应下来,是不是就明白大数除法其实就是"把手工除法写进代码里"了?核心没有新东西,只是把我们熟悉的10进制除法,扩展到了任意M进制,并用字符串替代数值存储而已。
没关系!咱们彻底抛开"大数除法"这个抽象名词,用最笨的手工步骤+逐行对应代码的方式,只讲"怎么做",不讲"为什么理论对"------你只要跟着我的步骤算一遍,马上就懂了。
第一步:先拿你熟悉的10进制"11÷2",拆成"最小步骤"
我们不用列竖式,把"11÷2"拆成逐位处理的最小动作(这就是代码要做的事):
手工最小步骤(10进制,被除数=11,除数=2,基数=10)
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数(余数×基数+当前位) | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始 | - | 0 | - | - | - | 空 |
| 1 | 第一位1 | 0 | 0×10 + 1 = 1 | 1÷2=0 | 1 | "0" |
| 2 | 第二位1 | 1 | 1×10 + 1 = 11 | 11÷2=5 | 1 | "05" |
| 结束 | - | 1 | - | - | - | "05" |
→ 这一轮:商是"05"(去前导零后"5"),余数是1(二进制的一位)。
接下来处理商"5"÷2(还是10进制,基数=10):
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始 | - | 0 | - | - | - | 空 |
| 1 | 第一位5 | 0 | 0×10+5=5 | 5÷2=2 | 1 | "2" |
| 结束 | - | 1 | - | - | - | "2" |
→ 商是"2",余数是1(二进制第二位)。
再处理商"2"÷2:
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位2 | 0 | 0×10+2=2 | 2÷2=1 | 0 | "1" |
→ 商是"1",余数是0(二进制第三位)。
最后处理商"1"÷2:
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位1 | 0 | 0×10+1=1 | 1÷2=0 | 1 | "0" |
→ 商是"0"(停止),余数是1(二进制第四位)。
最终余数序列:1、1、0、1 → 反转=1011(就是答案)。
核心发现 :手工算的时候,我们是"把上一轮的余数和下一位结合"(比如第一步余数1,和第二位1结合成11)------这个"结合"的动作,就是代码里的 remainder × 基数 + 当前位。
第二步:把"手工最小步骤"翻译成"人话伪代码"
不管是10进制还是M进制,伪代码只有5步,完全不变:
// 对任意进制的被除数(字符串)÷除数N,基数=原进制M
函数 大数除法(被除数字符串, N, M):
上轮余数 = 0
商字符串 = 空
遍历被除数的每一位字符:
1. 把字符转成数字(比如"A"→10)
2. 当前被除数 = 上轮余数 × M + 这个数字 // 就是"余数和下一位结合"
3. 当前商的一位 = 当前被除数 ÷ N
4. 上轮余数 = 当前被除数 % N
5. 把"当前商的一位"拼到商字符串里
给商字符串去前导零(比如"05"→"5")
返回:上轮余数(N进制的一位)、商字符串
第三步:把"人话伪代码"对应到实际代码(逐行贴,逐行解释)
我们只看核心的big_divide函数,每一行都对应上面的伪代码:
c
int big_divide(const char *dividend, int N, int base, char *quotient) {
// 1. 对应伪代码:上轮余数 = 0
int remainder = 0;
// 2. 对应伪代码:商字符串 = 空(temp_quotient存拼出来的商)
char temp_quotient[1024] = {0};
int q_idx = 0;
int len = strlen(dividend);
// 3. 对应伪代码:遍历被除数的每一位字符
for (int i = 0; i < len; i++) {
// 3.1 对应伪代码:把字符转成数字
char c = dividend[i];
int digit = isdigit(c) ? (c-'0') : (c-'A'+10);
// 3.2 对应伪代码:当前被除数 = 上轮余数 × M + 这个数字
int current = remainder * base + digit;
// 3.3 对应伪代码:当前商的一位 = 当前被除数 ÷ N
int q_digit = current / N;
// 3.4 对应伪代码:上轮余数 = 当前被除数 % N
remainder = current % N;
// 3.5 对应伪代码:把"当前商的一位"拼到商字符串里
temp_quotient[q_idx++] = (q_digit < 10) ? (q_digit+'0') : (q_digit-10+'A');
}
temp_quotient[q_idx] = '\0';
// 4. 对应伪代码:给商字符串去前导零
remove_leading_zeros(temp_quotient, quotient);
// 5. 对应伪代码:返回上轮余数(N进制的一位)
return remainder;
}
第四步:换M进制(比如16进制"A"÷2),只改一个数,步骤完全不变
被除数是16进制"A"(字符"A"→数字10),除数N=2,基数base=16(原进制M):
手工最小步骤(16进制,被除数="A",除数=2,基数=16)
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位A | 0 | 0×16+10=10 | 10÷2=5 | 0 | "5" |
→ 商是"5",余数是0(二进制第一位)。
再处理商"5"(16进制)÷2:
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位5 | 0 | 0×16+5=5 | 5÷2=2 | 1 | "2" |
→ 商是"2",余数是1(二进制第二位)。
再处理商"2"(16进制)÷2:
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位2 | 0 | 0×16+2=2 | 2÷2=1 | 0 | "1" |
→ 商是"1",余数是0(二进制第三位)。
最后处理商"1"(16进制)÷2:
| 步骤 | 处理位 | 上轮余数 | 当前被除数 | 当前商 | 新余数 | 商字符串 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 第一位1 | 0 | 0×16+1=1 | 1÷2=0 | 1 | "0" |
→ 商是"0"(停止),余数是1(二进制第四位)。
最终余数序列:0、1、0、1 → 反转=1010(就是16进制"A"转2进制的答案)。
最后:一句话说透大数除法
大数除法就是把你手工算除法的"逐位处理、余数结合下一位"的动作,写成代码------唯一的区别是,手工算用10当基数,代码里可以把基数换成任意M(原进制),用字符串存数字(避免溢出)。
你可以自己拿一个简单的M进制数(比如8进制的"7"转2进制),按上面的"最小步骤表"算一遍,再对照代码看------会发现代码就是在"抄"你的手工步骤,没有任何额外的复杂逻辑。