LeetCode - 29. 两数相除(位运算)

29. 两数相除

给定两个整数,被除数 dividend 和除数 divisor。将两数相除,要求不使用乘法、除法和 mod 运算符。

返回被除数 dividend 除以除数 divisor 得到的商。

整数除法的结果应当截去(truncate)其小数部分,例如:truncate(8.345) = 8 以及 truncate(-2.7335) = -2
在这里插入图片描述
提示:

  • 被除数和除数均为 32 位有符号整数。
  • 除数不为 0。
  • 假设我们的环境只能存储 32 位有符号整数,其数值范围是 [ − 2 31 , 2 31 − 1 ] [−2^{31}, 2^{31} − 1] [231,2311]。本题中,如果除法结果溢出,则返回 2 31 − 1 2^{31} − 1 2311

解题思路: 此题我没解出来,直接参考了网友Grandyang的解法,大致的思路是,利用位运算求解。下面从数学上我证明一下这个解法的合理性。

证明:
设被除数为a, 除数为b,商为c,余数为d,则a和b的关系可以表示为下面式子 a = b ∗ 2 n 1 + b ∗ 2 n 2 + . . . + b ∗ 2 n i + . . . + b ∗ 2 n n + d a=b*2^{n_1}+b*2^{n_2}+...+b*2^{n_i}+...+b*2^{n_n}+d a=b2n1+b2n2+...+b2ni+...+b2nn+d
那么商c的二进制表示即为 n 1 n 2 . . n i . . n n n_1n_2..n_i..n_n n1n2..ni..nn.

此题的解法代码也即是按照上述证明步骤写的。

class Solution {
public:
    int divide(int dividend, int divisor) {
        if (dividend == INT_MIN && divisor == -1) return INT_MAX;
        long m = labs(dividend), n = labs(divisor), res = 0;
        int sign = ((dividend > 0) ^ (divisor > 0)) ? -1 : 1;
        if (n == 1) return sign == 1 ? m : -m;
        while (m >= n) {
            long t = n, p = 1;
            while (m >= (t << 1)) {
                t <<= 1;
                p <<= 1; 
            }
            res += p;
            m -= t;
        }
        return sign == 1 ? res : -res;
    }
};
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