Advertisement
STANAANDREY

InfInt.h

Dec 14th, 2020
774
0
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
C++ 31.75 KB | None | 0 0
  1. /*
  2.  * InfInt - Arbitrary-Precision Integer Arithmetic Library
  3.  * Copyright (C) 2013 Sercan Tutar
  4.  *
  5.  * This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public
  6.  * License, v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed with this
  7.  * file, You can obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.
  8.  *
  9.  *
  10.  * USAGE:
  11.  *   It is pretty straight forward to use the library. Just create an instance of
  12.  *   InfInt class and start using it.
  13.  *
  14.  *   Useful methods:
  15.  *      intSqrt:        integer square root operation
  16.  *      digitAt:        returns digit at index
  17.  *      numberOfDigits: returns number of digits
  18.  *      size:           returns size in bytes
  19.  *      toString:       converts it to a string
  20.  *
  21.  *   There are also conversion methods which allow conversion to primitive types:
  22.  *   toInt, toLong, toLongLong, toUnsignedInt, toUnsignedLong, toUnsignedLongLong.
  23.  *
  24.  *   You may define INFINT_USE_EXCEPTIONS and library methods will start raising
  25.  *   InfIntException in case of error instead of writing error messages using
  26.  *   std::cerr.
  27.  *
  28.  *   See ReadMe.txt for more info.
  29.  *
  30.  *
  31.  * No overflows, happy programmers!
  32.  *
  33.  */
  34.  
  35. #ifndef INFINT_H_
  36. #define INFINT_H_
  37.  
  38. #include <iostream>
  39. #include <vector>
  40. #include <sstream>
  41. #include <iomanip>
  42. #include <climits>
  43.  
  44. //#include <limits.h>
  45. //#include <stdlib.h>
  46.  
  47. #ifdef _WIN32
  48. #define LONG_LONG_MIN LLONG_MIN
  49. #define LONG_LONG_MAX LLONG_MAX
  50. #define ULONG_LONG_MAX ULLONG_MAX
  51. #endif
  52.  
  53. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  54. #include <exception>
  55. #endif
  56.  
  57. typedef int ELEM_TYPE;
  58. typedef long long PRODUCT_TYPE;
  59. static const ELEM_TYPE BASE = 1000000000;
  60. static const ELEM_TYPE UPPER_BOUND = 999999999;
  61. static const ELEM_TYPE DIGIT_COUNT = 9;
  62. static const int powersOfTen[] = { 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000, 10000000, 100000000 };
  63.  
  64. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  65. class InfIntException: public std::exception
  66. {
  67. public:
  68.     InfIntException(const std::string& txt) throw ();
  69.     ~InfIntException() throw ();
  70.     const char* what() const throw ();
  71. private:
  72.     std::string txt;
  73. };
  74.  
  75. inline InfIntException::InfIntException(const std::string& txt) throw () :
  76. std::exception(), txt(txt)
  77. {
  78. }
  79.  
  80. inline InfIntException::~InfIntException() throw ()
  81. {
  82. }
  83.  
  84. inline const char* InfIntException::what() const throw ()
  85. {
  86.     return txt.c_str();
  87. }
  88. #endif
  89.  
  90. inline static div_t my_div(int num, int denom)
  91. {
  92.     div_t result;
  93.     result.quot = num / denom;
  94.     result.rem = num - denom * result.quot;
  95.     return result;
  96. }
  97.  
  98. inline static ldiv_t my_ldiv(long num, long denom)
  99. {
  100.     ldiv_t result;
  101.     result.quot = num / denom;
  102.     result.rem = num - denom * result.quot;
  103.     return result;
  104. }
  105.  
  106. inline static lldiv_t my_lldiv(long long num, long long denom)
  107. {
  108.     lldiv_t result;
  109.     result.quot = num / denom;
  110.     result.rem = num - denom * result.quot;
  111.     return result;
  112. }
  113.  
  114. class InfInt
  115. {
  116.     friend std::ostream& operator<<(std::ostream &s, const InfInt &n);
  117.     friend std::istream& operator>>(std::istream &s, InfInt &val);
  118.  
  119. public:
  120.     /* constructors */
  121.     InfInt();
  122.     InfInt(const char* c);
  123.     InfInt(const std::string& s);
  124.     InfInt(int l);
  125.     InfInt(long l);
  126.     InfInt(long long l);
  127.     InfInt(unsigned int l);
  128.     InfInt(unsigned long l);
  129.     InfInt(unsigned long long l);
  130.     InfInt(const InfInt& l);
  131.  
  132.     /* assignment operators */
  133.     const InfInt& operator=(const char* c);
  134.     const InfInt& operator=(const std::string& s);
  135.     const InfInt& operator=(int l);
  136.     const InfInt& operator=(long l);
  137.     const InfInt& operator=(long long l);
  138.     const InfInt& operator=(unsigned int l);
  139.     const InfInt& operator=(unsigned long l);
  140.     const InfInt& operator=(unsigned long long l);
  141.     const InfInt& operator=(const InfInt& l);
  142.  
  143.     /* unary increment/decrement operators */
  144.     const InfInt& operator++();
  145.     const InfInt& operator--();
  146.     InfInt operator++(int);
  147.     InfInt operator--(int);
  148.  
  149.     /* operational assignments */
  150.     const InfInt& operator+=(const InfInt& rhs);
  151.     const InfInt& operator-=(const InfInt& rhs);
  152.     const InfInt& operator*=(const InfInt& rhs);
  153.     const InfInt& operator/=(const InfInt& rhs); // throw
  154.     const InfInt& operator%=(const InfInt& rhs); // throw
  155.     const InfInt& operator*=(ELEM_TYPE rhs);
  156.  
  157.     /* operations */
  158.     InfInt operator-() const;
  159.     InfInt operator+(const InfInt& rhs) const;
  160.     InfInt operator-(const InfInt& rhs) const;
  161.     InfInt operator*(const InfInt& rhs) const;
  162.     InfInt operator/(const InfInt& rhs) const; // throw
  163.     InfInt operator%(const InfInt& rhs) const; // throw
  164.     InfInt operator*(ELEM_TYPE rhs) const;
  165.  
  166.     /* relational operations */
  167.     bool operator==(const InfInt& rhs) const;
  168.     bool operator!=(const InfInt& rhs) const;
  169.     bool operator<(const InfInt& rhs) const;
  170.     bool operator<=(const InfInt& rhs) const;
  171.     bool operator>(const InfInt& rhs) const;
  172.     bool operator>=(const InfInt& rhs) const;
  173.  
  174.     /* integer square root */
  175.     InfInt intSqrt() const; // throw
  176.  
  177.     /* digit operations */
  178.     char digitAt(size_t i) const; // throw
  179.     size_t numberOfDigits() const;
  180.  
  181.     /* size in bytes */
  182.     size_t size() const;
  183.  
  184.     /* string conversion */
  185.     std::string toString() const;
  186.  
  187.     /* conversion to primitive types */
  188.     int toInt() const; // throw
  189.     long toLong() const; // throw
  190.     long long toLongLong() const; // throw
  191.     unsigned int toUnsignedInt() const; // throw
  192.     unsigned long toUnsignedLong() const; // throw
  193.     unsigned long long toUnsignedLongLong() const; // throw
  194.  
  195. private:
  196.     static ELEM_TYPE dInR(const InfInt& R, const InfInt& D);
  197.     static void multiplyByDigit(ELEM_TYPE factor, std::vector<ELEM_TYPE>& val);
  198.  
  199.     void correct(bool justCheckLeadingZeros = false, bool hasValidSign = false);
  200.     void fromString(const std::string& s);
  201.     void optimizeSqrtSearchBounds(InfInt& lo, InfInt& hi) const;
  202.     void truncateToBase();
  203.     bool equalizeSigns();
  204.     void removeLeadingZeros();
  205.  
  206.     std::vector<ELEM_TYPE> val; // number with base FACTOR
  207.     bool pos; // true if number is positive
  208. };
  209.  
  210. inline InfInt::InfInt() : pos(true)
  211. {
  212.     //PROFINY_SCOPE
  213.     val.push_back((ELEM_TYPE) 0);
  214. }
  215.  
  216. inline InfInt::InfInt(const char* c)
  217. {
  218.     //PROFINY_SCOPE
  219.     fromString(c);
  220. }
  221.  
  222. inline InfInt::InfInt(const std::string& s)
  223. {
  224.     //PROFINY_SCOPE
  225.     fromString(s);
  226. }
  227.  
  228. inline InfInt::InfInt(int l) : pos(l >= 0)
  229. {
  230.     //PROFINY_SCOPE
  231.     bool subtractOne = false;
  232.     if (l == INT_MIN)
  233.     {
  234.         subtractOne = true;
  235.         ++l;
  236.     }
  237.  
  238.     if (!pos)
  239.     {
  240.         l = -l;
  241.     }
  242.     do
  243.     {
  244.         div_t dt = my_div(l, BASE);
  245.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  246.         l = dt.quot;
  247.     } while (l > 0);
  248.  
  249.     if (subtractOne)
  250.     {
  251.         --*this;
  252.     }
  253. }
  254.  
  255. inline InfInt::InfInt(long l) : pos(l >= 0)
  256. {
  257.     //PROFINY_SCOPE
  258.     bool subtractOne = false;
  259.     if (l == LONG_MIN)
  260.     {
  261.         subtractOne = true;
  262.         ++l;
  263.     }
  264.  
  265.     if (!pos)
  266.     {
  267.         l = -l;
  268.     }
  269.     do
  270.     {
  271.         ldiv_t dt = my_ldiv(l, BASE);
  272.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  273.         l = dt.quot;
  274.     } while (l > 0);
  275.  
  276.     if (subtractOne)
  277.     {
  278.         --*this;
  279.     }
  280. }
  281.  
  282. inline InfInt::InfInt(long long l) : pos(l >= 0)
  283. {
  284.     //PROFINY_SCOPE
  285.     bool subtractOne = false;
  286.     if (l == LONG_LONG_MIN)
  287.     {
  288.         subtractOne = true;
  289.         ++l;
  290.     }
  291.  
  292.     if (!pos)
  293.     {
  294.         l = -l;
  295.     }
  296.     do
  297.     {
  298.         lldiv_t dt = my_lldiv(l, BASE);
  299.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  300.         l = dt.quot;
  301.     } while (l > 0);
  302.  
  303.     if (subtractOne)
  304.     {
  305.         --*this;
  306.     }
  307. }
  308.  
  309. inline InfInt::InfInt(unsigned int l) : pos(true)
  310. {
  311.     //PROFINY_SCOPE
  312.     do
  313.     {
  314.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  315.         l = l / BASE;
  316.     } while (l > 0);
  317. }
  318.  
  319. inline InfInt::InfInt(unsigned long l) : pos(true)
  320. {
  321.     //PROFINY_SCOPE
  322.     do
  323.     {
  324.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  325.         l = l / BASE;
  326.     } while (l > 0);
  327. }
  328.  
  329. inline InfInt::InfInt(unsigned long long l) : pos(true)
  330. {
  331.     //PROFINY_SCOPE
  332.     do
  333.     {
  334.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  335.         l = l / BASE;
  336.     } while (l > 0);
  337. }
  338.  
  339. inline InfInt::InfInt(const InfInt& l) : pos(l.pos), val(l.val)
  340. {
  341.     //PROFINY_SCOPE
  342. }
  343.  
  344. inline const InfInt& InfInt::operator=(const char* c)
  345. {
  346.     //PROFINY_SCOPE
  347.     fromString(c);
  348.     return *this;
  349. }
  350.  
  351. inline const InfInt& InfInt::operator=(const std::string& s)
  352. {
  353.     //PROFINY_SCOPE
  354.     fromString(s);
  355.     return *this;
  356. }
  357.  
  358. inline const InfInt& InfInt::operator=(int l)
  359. {
  360.     //PROFINY_SCOPE
  361.     bool subtractOne = false;
  362.     if (l == INT_MIN)
  363.     {
  364.         subtractOne = true;
  365.         ++l;
  366.     }
  367.  
  368.     pos = l >= 0;
  369.     val.clear();
  370.     if (!pos)
  371.     {
  372.         l = -l;
  373.     }
  374.     do
  375.     {
  376.         div_t dt = my_div(l, BASE);
  377.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  378.         l = dt.quot;
  379.     } while (l > 0);
  380.  
  381.     return subtractOne ? --*this : *this;
  382. }
  383.  
  384. inline const InfInt& InfInt::operator=(long l)
  385. {
  386.     //PROFINY_SCOPE
  387.     bool subtractOne = false;
  388.     if (l == LONG_MIN)
  389.     {
  390.         subtractOne = true;
  391.         ++l;
  392.     }
  393.  
  394.     pos = l >= 0;
  395.     val.clear();
  396.     if (!pos)
  397.     {
  398.         l = -l;
  399.     }
  400.     do
  401.     {
  402.         ldiv_t dt = my_ldiv(l, BASE);
  403.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  404.         l = dt.quot;
  405.     } while (l > 0);
  406.  
  407.     return subtractOne ? --*this : *this;
  408. }
  409.  
  410. inline const InfInt& InfInt::operator=(long long l)
  411. {
  412.     //PROFINY_SCOPE
  413.     bool subtractOne = false;
  414.     if (l == LONG_LONG_MIN)
  415.     {
  416.         subtractOne = true;
  417.         ++l;
  418.     }
  419.  
  420.     pos = l >= 0;
  421.     val.clear();
  422.     if (!pos)
  423.     {
  424.         l = -l;
  425.     }
  426.     do
  427.     {
  428.         lldiv_t dt = my_lldiv(l, BASE);
  429.         val.push_back((ELEM_TYPE) dt.rem);
  430.         l = dt.quot;
  431.     } while (l > 0);
  432.  
  433.     return subtractOne ? --*this : *this;
  434. }
  435.  
  436. inline const InfInt& InfInt::operator=(unsigned int l)
  437. {
  438.     //PROFINY_SCOPE
  439.     pos = true;
  440.     val.clear();
  441.     do
  442.     {
  443.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  444.         l = l / BASE;
  445.     } while (l > 0);
  446.     return *this;
  447. }
  448.  
  449. inline const InfInt& InfInt::operator=(unsigned long l)
  450. {
  451.     //PROFINY_SCOPE
  452.     pos = true;
  453.     val.clear();
  454.     do
  455.     {
  456.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  457.         l = l / BASE;
  458.     } while (l > 0);
  459.     return *this;
  460. }
  461.  
  462. inline const InfInt& InfInt::operator=(unsigned long long l)
  463. {
  464.     //PROFINY_SCOPE
  465.     pos = true;
  466.     val.clear();
  467.     do
  468.     {
  469.         val.push_back((ELEM_TYPE) (l % BASE));
  470.         l = l / BASE;
  471.     } while (l > 0);
  472.     return *this;
  473. }
  474.  
  475. inline const InfInt& InfInt::operator=(const InfInt& l)
  476. {
  477.     //PROFINY_SCOPE
  478.     pos = l.pos;
  479.     val = l.val;
  480.     return *this;
  481. }
  482.  
  483. inline const InfInt& InfInt::operator++()
  484. {
  485.     //PROFINY_SCOPE
  486.     val[0] += (pos ? 1 : -1);
  487.     this->correct(false, true);
  488.     return *this;
  489. }
  490.  
  491. inline const InfInt& InfInt::operator--()
  492. {
  493.     //PROFINY_SCOPE
  494.     val[0] -= (pos ? 1 : -1);
  495.     this->correct(false, true);
  496.     return *this;
  497. }
  498.  
  499. inline InfInt InfInt::operator++(int)
  500. {
  501.     //PROFINY_SCOPE
  502.     InfInt result = *this;
  503.     val[0] += (pos ? 1 : -1);
  504.     this->correct(false, true);
  505.     return result;
  506. }
  507.  
  508. inline InfInt InfInt::operator--(int)
  509. {
  510.     //PROFINY_SCOPE
  511.     InfInt result = *this;
  512.     val[0] -= (pos ? 1 : -1);
  513.     this->correct(false, true);
  514.     return result;
  515. }
  516.  
  517. inline const InfInt& InfInt::operator+=(const InfInt& rhs)
  518. {
  519.     //PROFINY_SCOPE
  520.     if (rhs.val.size() > val.size())
  521.     {
  522.         val.resize(rhs.val.size(), 0);
  523.     }
  524.     for (size_t i = 0; i < val.size(); ++i)
  525.     {
  526.         val[i] = (pos ? val[i] : -val[i]) + (i < rhs.val.size() ? (rhs.pos ? rhs.val[i] : -rhs.val[i]) : 0);
  527.     }
  528.     correct();
  529.     return *this;
  530. }
  531.  
  532. inline const InfInt& InfInt::operator-=(const InfInt& rhs)
  533. {
  534.     //PROFINY_SCOPE
  535.     if (rhs.val.size() > val.size())
  536.     {
  537.         val.resize(rhs.val.size(), 0);
  538.     }
  539.     for (size_t i = 0; i < val.size(); ++i)
  540.     {
  541.         val[i] = (pos ? val[i] : -val[i]) - (i < rhs.val.size() ? (rhs.pos ? rhs.val[i] : -rhs.val[i]) : 0);
  542.     }
  543.     correct();
  544.     return *this;
  545. }
  546.  
  547. inline const InfInt& InfInt::operator*=(const InfInt& rhs)
  548. {
  549.     //PROFINY_SCOPE
  550.     // TODO: optimize (do not use operator*)
  551.     *this = *this * rhs;
  552.     return *this;
  553. }
  554.  
  555. inline const InfInt& InfInt::operator/=(const InfInt& rhs)
  556. {
  557.     //PROFINY_SCOPE
  558.     if (rhs == 0)
  559.     {
  560. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  561.         throw InfIntException("division by zero");
  562. #else
  563.         std::cerr << "Division by zero!" << std::endl;
  564.         return *this;
  565. #endif
  566.     }
  567.     InfInt R, D = (rhs.pos ? rhs : -rhs), N = (pos ? *this : -*this);
  568.     bool oldpos = pos;
  569.     std::fill(val.begin(), val.end(), 0);
  570.     for (int i = (int) N.val.size() - 1; i >= 0; --i)
  571.     {
  572.         R.val.insert(R.val.begin(), N.val[i]);
  573.         R.correct(true);
  574.         ELEM_TYPE cnt = dInR(R, D);
  575.         R -= D * cnt;
  576.         val[i] += cnt;
  577.     }
  578.     correct();
  579.     pos = (val.size() == 1 && val[0] == 0) ? true : (oldpos == rhs.pos);
  580.     return *this;
  581. }
  582.  
  583. inline const InfInt& InfInt::operator%=(const InfInt& rhs)
  584. {
  585.     //PROFINY_SCOPE
  586.     // TODO: optimize (do not use operator%)
  587.     *this = *this % rhs;
  588.     return *this;
  589. //    if (rhs == 0)
  590. //    {
  591. //#ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  592. //        throw InfIntException("division by zero");
  593. //#else
  594. //        std::cerr << "Division by zero!" << std::endl;
  595. //        return *this;
  596. //#endif
  597. //    }
  598. //    InfInt D = (rhs.pos ? rhs : -rhs), N = (pos ? *this : -*this);
  599. //    bool oldpos = pos;
  600. //    val.clear();
  601. //    for (int i = (int) N.val.size() - 1; i >= 0; --i)
  602. //    {
  603. //        val.insert(val.begin(), N.val[i]);
  604. //        correct(true);
  605. //        *this -= D * dInR(*this, D);
  606. //    }
  607. //    correct();
  608. //    pos = (val.size() == 1 && val[0] == 0) ? true : oldpos;
  609. //    return *this;
  610. }
  611.  
  612. inline const InfInt& InfInt::operator*=(ELEM_TYPE rhs)
  613. {
  614.     //PROFINY_SCOPE
  615.     ELEM_TYPE factor = rhs < 0 ? -rhs : rhs;
  616.     bool oldpos = pos;
  617.     multiplyByDigit(factor, val);
  618.     correct();
  619.     pos = (val.size() == 1 && val[0] == 0) ? true : (oldpos == (rhs >= 0));
  620.     return *this;
  621. }
  622.  
  623. inline InfInt InfInt::operator-() const
  624. {
  625.     //PROFINY_SCOPE
  626.     InfInt result = *this;
  627.     result.pos = !pos;
  628.     return result;
  629. }
  630.  
  631. inline InfInt InfInt::operator+(const InfInt& rhs) const
  632. {
  633.     //PROFINY_SCOPE
  634.     InfInt result;
  635.     result.val.resize(val.size() > rhs.val.size() ? val.size() : rhs.val.size(), 0);
  636.     for (size_t i = 0; i < val.size() || i < rhs.val.size(); ++i)
  637.     {
  638.         result.val[i] = (i < val.size() ? (pos ? val[i] : -val[i]) : 0) + (i < rhs.val.size() ? (rhs.pos ? rhs.val[i] : -rhs.val[i]) : 0);
  639.     }
  640.     result.correct();
  641.     return result;
  642. }
  643.  
  644. inline InfInt InfInt::operator-(const InfInt& rhs) const
  645. {
  646.     //PROFINY_SCOPE
  647.     InfInt result;
  648.     result.val.resize(val.size() > rhs.val.size() ? val.size() : rhs.val.size(), 0);
  649.     for (size_t i = 0; i < val.size() || i < rhs.val.size(); ++i)
  650.     {
  651.         result.val[i] = (i < val.size() ? (pos ? val[i] : -val[i]) : 0) - (i < rhs.val.size() ? (rhs.pos ? rhs.val[i] : -rhs.val[i]) : 0);
  652.     }
  653.     result.correct();
  654.     return result;
  655. }
  656.  
  657. inline InfInt InfInt::operator*(const InfInt& rhs) const
  658. {
  659.     //PROFINY_SCOPE
  660.     InfInt result;
  661.     result.val.resize(val.size() + rhs.val.size(), 0);
  662.     PRODUCT_TYPE carry = 0;
  663.     size_t digit = 0;
  664.     for (;; ++digit)
  665.     {
  666.         lldiv_t dt = my_lldiv(carry, BASE);
  667.         carry = dt.quot;
  668.         result.val[digit] = (ELEM_TYPE) dt.rem;
  669.  
  670.         bool found = false;
  671.         for (size_t i = digit < rhs.val.size() ? 0 : digit - rhs.val.size() + 1; i < val.size() && i <= digit; ++i)
  672.         {
  673.             PRODUCT_TYPE pval = result.val[digit] + val[i] * (PRODUCT_TYPE) rhs.val[digit - i];
  674.             if (pval >= BASE || pval <= -BASE)
  675.             {
  676.                 lldiv_t dt = my_lldiv(pval, BASE);
  677.                 carry += dt.quot;
  678.                 pval = dt.rem;
  679.             }
  680.             result.val[digit] = (ELEM_TYPE) pval;
  681.             found = true;
  682.         }
  683.         if (!found)
  684.         {
  685.             break;
  686.         }
  687.     }
  688.     for (; carry > 0; ++digit)
  689.     {
  690.         lldiv_t dt = my_lldiv(carry, BASE);
  691.         result.val[digit] = (ELEM_TYPE) dt.rem;
  692.         carry = dt.quot;
  693.     }
  694.     result.correct();
  695.     result.pos = (result.val.size() == 1 && result.val[0] == 0) ? true : (pos == rhs.pos);
  696.     return result;
  697. }
  698.  
  699. inline InfInt InfInt::operator/(const InfInt& rhs) const
  700. {
  701.     //PROFINY_SCOPE
  702.     if (rhs == 0)
  703.     {
  704. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  705.         throw InfIntException("division by zero");
  706. #else
  707.         std::cerr << "Division by zero!" << std::endl;
  708.         return 0;
  709. #endif
  710.     }
  711.     InfInt Q, R, D = (rhs.pos ? rhs : -rhs), N = (pos ? *this : -*this);
  712.     Q.val.resize(N.val.size(), 0);
  713.     for (int i = (int) N.val.size() - 1; i >= 0; --i)
  714.     {
  715.         R.val.insert(R.val.begin(), N.val[i]);
  716.         R.correct(true);
  717.         ELEM_TYPE cnt = dInR(R, D);
  718.         R -= D * cnt;
  719.         Q.val[i] += cnt;
  720.     }
  721.     Q.correct();
  722.     Q.pos = (Q.val.size() == 1 && Q.val[0] == 0) ? true : (pos == rhs.pos);
  723.     return Q;
  724. }
  725.  
  726. inline InfInt InfInt::operator%(const InfInt& rhs) const
  727. {
  728.     //PROFINY_SCOPE
  729.     if (rhs == 0)
  730.     {
  731. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  732.         throw InfIntException("division by zero");
  733. #else
  734.         std::cerr << "Division by zero!" << std::endl;
  735.         return 0;
  736. #endif
  737.     }
  738.     InfInt R, D = (rhs.pos ? rhs : -rhs), N = (pos ? *this : -*this);
  739.     for (int i = (int) N.val.size() - 1; i >= 0; --i)
  740.     {
  741.         R.val.insert(R.val.begin(), N.val[i]);
  742.         R.correct(true);
  743.         R -= D * dInR(R, D);
  744.     }
  745.     R.correct();
  746.     R.pos = (R.val.size() == 1 && R.val[0] == 0) ? true : pos;
  747.     return R;
  748. }
  749.  
  750. inline InfInt InfInt::operator*(ELEM_TYPE rhs) const
  751. {
  752.     //PROFINY_SCOPE
  753.     InfInt result = *this;
  754.     ELEM_TYPE factor = rhs < 0 ? -rhs : rhs;
  755.     multiplyByDigit(factor, result.val);
  756.     result.correct();
  757.     result.pos = (result.val.size() == 1 && result.val[0] == 0) ? true : (pos == (rhs >= 0));
  758.     return result;
  759. }
  760.  
  761. inline bool InfInt::operator==(const InfInt& rhs) const
  762. {
  763.     //PROFINY_SCOPE
  764.     if (pos != rhs.pos || val.size() != rhs.val.size())
  765.     {
  766.         return false;
  767.     }
  768.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  769.     {
  770.         if (val[i] != rhs.val[i])
  771.         {
  772.             return false;
  773.         }
  774.     }
  775.     return true;
  776. }
  777.  
  778. inline bool InfInt::operator!=(const InfInt& rhs) const
  779. {
  780.     //PROFINY_SCOPE
  781.     if (pos != rhs.pos || val.size() != rhs.val.size())
  782.     {
  783.         return true;
  784.     }
  785.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  786.     {
  787.         if (val[i] != rhs.val[i])
  788.         {
  789.             return true;
  790.         }
  791.     }
  792.     return false;
  793. }
  794.  
  795. inline bool InfInt::operator<(const InfInt& rhs) const
  796. {
  797.     //PROFINY_SCOPE
  798.     if (pos && !rhs.pos)
  799.     {
  800.         return false;
  801.     }
  802.     if (!pos && rhs.pos)
  803.     {
  804.         return true;
  805.     }
  806.     if (val.size() > rhs.val.size())
  807.     {
  808.         return pos ? false : true;
  809.     }
  810.     if (val.size() < rhs.val.size())
  811.     {
  812.         return pos ? true : false;
  813.     }
  814.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  815.     {
  816.         if (val[i] < rhs.val[i])
  817.         {
  818.             return pos ? true : false;
  819.         }
  820.         if (val[i] > rhs.val[i])
  821.         {
  822.             return pos ? false : true;
  823.         }
  824.     }
  825.     return false;
  826. }
  827.  
  828. inline bool InfInt::operator<=(const InfInt& rhs) const
  829. {
  830.     //PROFINY_SCOPE
  831.     if (pos && !rhs.pos)
  832.     {
  833.         return false;
  834.     }
  835.     if (!pos && rhs.pos)
  836.     {
  837.         return true;
  838.     }
  839.     if (val.size() > rhs.val.size())
  840.     {
  841.         return pos ? false : true;
  842.     }
  843.     if (val.size() < rhs.val.size())
  844.     {
  845.         return pos ? true : false;
  846.     }
  847.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  848.     {
  849.         if (val[i] < rhs.val[i])
  850.         {
  851.             return pos ? true : false;
  852.         }
  853.         if (val[i] > rhs.val[i])
  854.         {
  855.             return pos ? false : true;
  856.         }
  857.     }
  858.     return true;
  859. }
  860.  
  861. inline bool InfInt::operator>(const InfInt& rhs) const
  862. {
  863.     //PROFINY_SCOPE
  864.     if (pos && !rhs.pos)
  865.     {
  866.         return true;
  867.     }
  868.     if (!pos && rhs.pos)
  869.     {
  870.         return false;
  871.     }
  872.     if (val.size() > rhs.val.size())
  873.     {
  874.         return pos ? true : false;
  875.     }
  876.     if (val.size() < rhs.val.size())
  877.     {
  878.         return pos ? false : true;
  879.     }
  880.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  881.     {
  882.         if (val[i] < rhs.val[i])
  883.         {
  884.             return pos ? false : true;
  885.         }
  886.         if (val[i] > rhs.val[i])
  887.         {
  888.             return pos ? true : false;
  889.         }
  890.     }
  891.     return false;
  892. }
  893.  
  894. inline bool InfInt::operator>=(const InfInt& rhs) const
  895. {
  896.     //PROFINY_SCOPE
  897.     if (pos && !rhs.pos)
  898.     {
  899.         return true;
  900.     }
  901.     if (!pos && rhs.pos)
  902.     {
  903.         return false;
  904.     }
  905.     if (val.size() > rhs.val.size())
  906.     {
  907.         return pos ? true : false;
  908.     }
  909.     if (val.size() < rhs.val.size())
  910.     {
  911.         return pos ? false : true;
  912.     }
  913.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  914.     {
  915.         if (val[i] < rhs.val[i])
  916.         {
  917.             return pos ? false : true;
  918.         }
  919.         if (val[i] > rhs.val[i])
  920.         {
  921.             return pos ? true : false;
  922.         }
  923.     }
  924.     return true;
  925. }
  926.  
  927. inline void InfInt::optimizeSqrtSearchBounds(InfInt& lo, InfInt& hi) const
  928. {
  929.     //PROFINY_SCOPE
  930.     InfInt hdn = 1;
  931.     for (int i = (int) this->numberOfDigits() / 2; i >= 2; --i)
  932.     {
  933.         hdn *= 10;
  934.     }
  935.     if (lo < hdn)
  936.     {
  937.         lo = hdn;
  938.     }
  939.     hdn *= 100;
  940.     if (hi > hdn)
  941.     {
  942.         hi = hdn;
  943.     }
  944. }
  945.  
  946. inline InfInt InfInt::intSqrt() const
  947. {
  948.     //PROFINY_SCOPE
  949.     if (*this <= 0)
  950.     {
  951. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  952.         throw InfIntException("intSqrt called for non-positive integer");
  953. #else
  954.         std::cerr << "intSqrt called for non-positive integer: " << *this << std::endl;
  955.         return 0;
  956. #endif
  957.     }
  958.     InfInt hi = *this / 2 + 1, lo = 0, mid, mid2;
  959.     optimizeSqrtSearchBounds(lo, hi);
  960.     do
  961.     {
  962.         mid = (hi + lo) / 2; // 8 factor
  963.         mid2 = mid * mid; // 1 factor
  964.         if (mid2 == *this)
  965.         {
  966.             lo = mid;
  967.             break;
  968.         }
  969.         else if (mid2 < *this)
  970.         {
  971.             lo = mid;
  972.         }
  973.         else
  974.         {
  975.             hi = mid;
  976.         }
  977.     } while (lo < hi - 1 && mid2 != *this);
  978.     return lo;
  979. }
  980.  
  981. inline char InfInt::digitAt(size_t i) const
  982. {
  983.     //PROFINY_SCOPE
  984.     if (numberOfDigits() <= i)
  985.     {
  986. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  987.         throw InfIntException("invalid digit index");
  988. #else
  989.         std::cerr << "Invalid digit index: " << i << std::endl;
  990.         return -1;
  991. #endif
  992.     }
  993.     return (val[i / DIGIT_COUNT] / powersOfTen[i % DIGIT_COUNT]) % 10;
  994. }
  995.  
  996. inline size_t InfInt::numberOfDigits() const
  997. {
  998.     //PROFINY_SCOPE
  999.     return (val.size() - 1) * DIGIT_COUNT +
  1000.         (val.back() > 99999999 ? 9 : (val.back() > 9999999 ? 8 : (val.back() > 999999 ? 7 : (val.back() > 99999 ? 6 :
  1001.         (val.back() > 9999 ? 5 : (val.back() > 999 ? 4 : (val.back() > 99 ? 3 : (val.back() > 9 ? 2 : 1))))))));
  1002. }
  1003.  
  1004. inline std::string InfInt::toString() const
  1005. {
  1006.     //PROFINY_SCOPE
  1007.     std::ostringstream oss;
  1008.     oss << *this;
  1009.     return oss.str();
  1010. }
  1011.  
  1012. inline size_t InfInt::size() const
  1013. {
  1014.     //PROFINY_SCOPE
  1015.     return val.size() * sizeof(ELEM_TYPE) + sizeof(bool);
  1016. }
  1017.  
  1018. inline int InfInt::toInt() const
  1019. {
  1020.     //PROFINY_SCOPE
  1021.     if (*this > INT_MAX || *this < INT_MIN)
  1022.     {
  1023. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1024.         throw InfIntException("out of bounds");
  1025. #else
  1026.         std::cerr << "Out of INT bounds: " << *this << std::endl;
  1027. #endif
  1028.     }
  1029.     int result = 0;
  1030.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1031.     {
  1032.         result = result * BASE + val[i];
  1033.     }
  1034.     return pos ? result : -result;
  1035. }
  1036.  
  1037. inline long InfInt::toLong() const
  1038. {
  1039.     //PROFINY_SCOPE
  1040.     if (*this > LONG_MAX || *this < LONG_MIN)
  1041.     {
  1042. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1043.         throw InfIntException("out of bounds");
  1044. #else
  1045.         std::cerr << "Out of LONG bounds: " << *this << std::endl;
  1046. #endif
  1047.     }
  1048.     long result = 0;
  1049.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1050.     {
  1051.         result = result * BASE + val[i];
  1052.     }
  1053.     return pos ? result : -result;
  1054. }
  1055.  
  1056. inline long long InfInt::toLongLong() const
  1057. {
  1058.     //PROFINY_SCOPE
  1059.     if (*this > LONG_LONG_MAX || *this < LONG_LONG_MIN)
  1060.     {
  1061. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1062.         throw InfIntException("out of bounds");
  1063. #else
  1064.         std::cerr << "Out of LLONG bounds: " << *this << std::endl;
  1065. #endif
  1066.     }
  1067.     long long result = 0;
  1068.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1069.     {
  1070.         result = result * BASE + val[i];
  1071.     }
  1072.     return pos ? result : -result;
  1073. }
  1074.  
  1075. inline unsigned int InfInt::toUnsignedInt() const
  1076. {
  1077.     //PROFINY_SCOPE
  1078.     if (!pos || *this > UINT_MAX)
  1079.     {
  1080. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1081.         throw InfIntException("out of bounds");
  1082. #else
  1083.         std::cerr << "Out of UINT bounds: " << *this << std::endl;
  1084. #endif
  1085.     }
  1086.     unsigned int result = 0;
  1087.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1088.     {
  1089.         result = result * BASE + val[i];
  1090.     }
  1091.     return result;
  1092. }
  1093.  
  1094. inline unsigned long InfInt::toUnsignedLong() const
  1095. {
  1096.     //PROFINY_SCOPE
  1097.     if (!pos || *this > ULONG_MAX)
  1098.     {
  1099. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1100.         throw InfIntException("out of bounds");
  1101. #else
  1102.         std::cerr << "Out of ULONG bounds: " << *this << std::endl;
  1103. #endif
  1104.     }
  1105.     unsigned long result = 0;
  1106.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1107.     {
  1108.         result = result * BASE + val[i];
  1109.     }
  1110.     return result;
  1111. }
  1112.  
  1113. inline unsigned long long InfInt::toUnsignedLongLong() const
  1114. {
  1115.     //PROFINY_SCOPE
  1116.     if (!pos || *this > ULONG_LONG_MAX)
  1117.     {
  1118. #ifdef INFINT_USE_EXCEPTIONS
  1119.         throw InfIntException("out of bounds");
  1120. #else
  1121.         std::cerr << "Out of ULLONG bounds: " << *this << std::endl;
  1122. #endif
  1123.     }
  1124.     unsigned long long result = 0;
  1125.     for (int i = (int) val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1126.     {
  1127.         result = result * BASE + val[i];
  1128.     }
  1129.     return result;
  1130. }
  1131.  
  1132. inline void InfInt::truncateToBase()
  1133. {
  1134.     //PROFINY_SCOPE
  1135.     for (size_t i = 0; i < val.size(); ++i) // truncate each
  1136.     {
  1137.         if (val[i] >= BASE || val[i] <= -BASE)
  1138.         {
  1139.             div_t dt = my_div(val[i], BASE);
  1140.             val[i] = dt.rem;
  1141.             if (i + 1 >= val.size())
  1142.             {
  1143.                 val.push_back(dt.quot);
  1144.             }
  1145.             else
  1146.             {
  1147.                 val[i + 1] += dt.quot;
  1148.             }
  1149.         }
  1150.     }
  1151. }
  1152.  
  1153. inline bool InfInt::equalizeSigns()
  1154. {
  1155.     //PROFINY_SCOPE
  1156.     bool isPositive = true;
  1157.     int i = (int) ((val.size())) - 1;
  1158.     for (; i >= 0; --i)
  1159.     {
  1160.         if (val[i] != 0)
  1161.         {
  1162.             isPositive = val[i--] > 0;
  1163.             break;
  1164.         }
  1165.     }
  1166.  
  1167.     if (isPositive)
  1168.     {
  1169.         for (; i >= 0; --i)
  1170.         {
  1171.             if (val[i] < 0)
  1172.             {
  1173.                 int k = 0, index = i + 1;
  1174.                 for (; (size_t)(index) < val.size() && val[index] == 0; ++k, ++index)
  1175.                     ; // count adjacent zeros on left
  1176.                 //if ((size_t)(index) < val.size() && val[index] > 0)
  1177.                 { // number on the left is positive
  1178.                     val[index] -= 1;
  1179.                     val[i] += BASE;
  1180.                     for (; k > 0; --k)
  1181.                     {
  1182.                         val[i + k] = UPPER_BOUND;
  1183.                     }
  1184.                 }
  1185.             }
  1186.         }
  1187.     }
  1188.     else
  1189.     {
  1190.         for (; i >= 0; --i)
  1191.         {
  1192.             if (val[i] > 0)
  1193.             {
  1194.                 int k = 0, index = i + 1;
  1195.                 for (; (size_t)(index) < val.size() && val[index] == 0; ++k, ++index)
  1196.                     ; // count adjacent zeros on right
  1197.                 //if ((size_t)(index) < val.size() && val[index] < 0)
  1198.                 { // number on the left is negative
  1199.                     val[index] += 1;
  1200.                     val[i] -= BASE;
  1201.                     for (; k > 0; --k)
  1202.                     {
  1203.                         val[i + k] = -UPPER_BOUND;
  1204.                     }
  1205.                 }
  1206.             }
  1207.         }
  1208.     }
  1209.  
  1210.     return isPositive;
  1211. }
  1212.  
  1213. inline void InfInt::removeLeadingZeros()
  1214. {
  1215.     //PROFINY_SCOPE
  1216.     for (int i = (int) (val.size()) - 1; i > 0; --i) // remove leading 0's
  1217.     {
  1218.         if (val[i] != 0)
  1219.         {
  1220.             return;
  1221.         }
  1222.         else
  1223.         {
  1224.             val.erase(val.begin() + i);
  1225.         }
  1226.     }
  1227. }
  1228.  
  1229. inline void InfInt::correct(bool justCheckLeadingZeros, bool hasValidSign)
  1230. {
  1231.     //PROFINY_SCOPE
  1232.     if (!justCheckLeadingZeros)
  1233.     {
  1234.         truncateToBase();
  1235.  
  1236.         if (equalizeSigns())
  1237.         {
  1238.             pos = ((val.size() == 1 && val[0] == 0) || !hasValidSign) ? true : pos;
  1239.         }
  1240.         else
  1241.         {
  1242.             pos = hasValidSign ? !pos : false;
  1243.             for (size_t i = 0; i < val.size(); ++i)
  1244.             {
  1245.                 val[i] = abs(val[i]);
  1246.             }
  1247.         }
  1248.     }
  1249.  
  1250.     removeLeadingZeros();
  1251. }
  1252.  
  1253. inline void InfInt::fromString(const std::string& s)
  1254. {
  1255.     //PROFINY_SCOPE
  1256.     pos = true;
  1257.     val.clear();
  1258.     val.reserve(s.size() / DIGIT_COUNT + 1);
  1259.     int i = (int) s.size() - DIGIT_COUNT;
  1260.     for (; i >= 0; i -= DIGIT_COUNT)
  1261.     {
  1262.         val.push_back(atoi(s.substr(i, DIGIT_COUNT).c_str()));
  1263.     }
  1264.     if (i > -DIGIT_COUNT)
  1265.     {
  1266.         std::string ss = s.substr(0, i + DIGIT_COUNT);
  1267.         if (ss.size() == 1 && ss[0] == '-')
  1268.         {
  1269.             pos = false;
  1270.         }
  1271.         else
  1272.         {
  1273.             val.push_back(atoi(ss.c_str()));
  1274.         }
  1275.     }
  1276.     if (val.back() < 0)
  1277.     {
  1278.         val.back() = -val.back();
  1279.         pos = false;
  1280.     }
  1281.     correct(true);
  1282. }
  1283.  
  1284. inline ELEM_TYPE InfInt::dInR(const InfInt& R, const InfInt& D)
  1285. {
  1286.     //PROFINY_SCOPE
  1287.     ELEM_TYPE min = 0, max = UPPER_BOUND;
  1288.     while (max > min)
  1289.     {
  1290.         ELEM_TYPE avg = max + min;
  1291.         div_t dt = my_div(avg, 2);
  1292.         avg = dt.rem ? (dt.quot + 1) : dt.quot;
  1293.         InfInt prod = D * avg;
  1294.         if (R == prod)
  1295.         {
  1296.             return avg;
  1297.         }
  1298.         else if (R > prod)
  1299.         {
  1300.             min = avg;
  1301.         }
  1302.         else
  1303.         {
  1304.             max = avg - 1;
  1305.         }
  1306.     }
  1307.     return min;
  1308. }
  1309.  
  1310. inline void InfInt::multiplyByDigit(ELEM_TYPE factor, std::vector<ELEM_TYPE>& val)
  1311. {
  1312.     //PROFINY_SCOPE
  1313.     ELEM_TYPE carry = 0;
  1314.     for (size_t i = 0; i < val.size(); ++i)
  1315.     {
  1316.         PRODUCT_TYPE pval = val[i] * (PRODUCT_TYPE) factor + carry;
  1317.         if (pval >= BASE || pval <= -BASE)
  1318.         {
  1319.             lldiv_t dt = my_lldiv(pval, BASE);
  1320.             carry = (ELEM_TYPE) dt.quot;
  1321.             pval = dt.rem;
  1322.         }
  1323.         else
  1324.         {
  1325.             carry = 0;
  1326.         }
  1327.         val[i] = (ELEM_TYPE) pval;
  1328.     }
  1329.     if (carry > 0)
  1330.     {
  1331.         val.push_back(carry);
  1332.     }
  1333. }
  1334.  
  1335. /**************************************************************/
  1336. /******************** NON-MEMBER OPERATORS ********************/
  1337. /**************************************************************/
  1338.  
  1339. inline std::istream& operator>>(std::istream &s, InfInt &n)
  1340. {
  1341.     //PROFINY_SCOPE
  1342.     std::string str;
  1343.     s >> str;
  1344.     n.fromString(str);
  1345.     return s;
  1346. }
  1347.  
  1348. inline std::ostream& operator<<(std::ostream &s, const InfInt &n)
  1349. {
  1350.     //PROFINY_SCOPE
  1351.     if (!n.pos)
  1352.     {
  1353.         s << '-';
  1354.     }
  1355.     bool first = true;
  1356.     for (int i = (int) n.val.size() - 1; i >= 0; --i)
  1357.     {
  1358.         if (first)
  1359.         {
  1360.             s << n.val[i];
  1361.             first = false;
  1362.         }
  1363.         else
  1364.         {
  1365.             s << std::setfill('0') << std::setw(DIGIT_COUNT) << n.val[i];
  1366.         }
  1367.     }
  1368.     return s;
  1369. }
  1370.  
  1371. #endif
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment
Advertisement