JavaScript 能够准确表示的整数范围在-2^53到2^53之间(不含两个端点),超过这个范围,无法精确表示这个整数。
MDN Number
需要注意的是,由于整数的范围限制,如果计算结果超出了范围就会产生溢出。产生溢出时运行不会出错,但结果可能会出乎意料。如果除数为0,那么整数的除法在运行时将报错。
题目1:整数除法
题目:输入2个int型整数,它们进行除法计算并返回商,要求不得使用乘号’*’、除号’/‘及求余符号’%’。当发生溢出时,返回最大的整数值。假设除数不为0。例如,输入15和2,输出15/2的结果,即7。
分析:这个题目限制我们不能使用乘号和除号进行运算。一个直观的解法是基于减法实现除法。例如,为了求得15/2的商,可以不断地从15里减去2,当减去7个2之后余数是1,此时不能再减去更多的2,因此15/2的商是7。我们可以用一个循环实现这个过程。
但这个直观的解法存在一个问题。当被除数很大但除数很小时,减法操作执行的次数会很多。例如,求(231-1)/1,减1的操作将执行232-1次,需要很长的时间。如果被除数是n,那么这种解法的时间复杂度为O(n)。我们需要对这种解法进行优化。
可以将上述解法稍做调整。当被除数大于除数时,继续比较判断被除数是否大于除数的2倍,如果是,则继续判断被除数是否大于除数的4倍、8倍等。如果被除数最多大于除数的2k倍,那么将被除数减去除数的2k倍,然后将剩余的被除数重复前面的步骤。由于每次将除数翻倍,因此优化后的时间复杂度是O(logn)。
下面以15/2为例讨论计算的过程。15大于2,也大于2的2倍(即4),还大于2的4倍(即8),但小于2的8倍(即16)。于是先将15减去8,还剩余7。由于减去的是除数的4倍,减去这部分对应的商是4。接下来对剩余的7和除数2进行比较,7大于2,大于2的2倍(即4),但小于2的4倍(即8),于是将7减去4,还剩余3。这一次减去的是除数2的2倍,对应的商是2。然后对剩余的3和除数2进行比较,3大于2,但小于2的2倍(即4),于是将3减去2,还剩余1。这一次减去的是除数的1倍,对应的商是1。最后剩余的数字是1,比除数小,不能再减去除数了。于是15/2的商是4+2+1,即7。
上述讨论假设被除数和除数都是正整数。如果有负数则可以将它们先转换成正数,计算正数的除法之后再根据需要调整商的正负号。例如,如果计算-15/2,则可以先计算15/2,得到的商是7。由于被除数和除数中有一个负数,因此商应该是负数,于是商应该是-7。
将负数转换成正数存在一个小问题。对于32位的整数而言,最小的整数是-231,最大的整数是231-1。因此,如果将-231转换为正数则会导致溢出。由于将任意正数转换为负数都不会溢出,因此可以先将正数都转换成负数,用前面优化之后的减法计算两个负数的除法,然后根据需要调整商的正负号。
最后讨论可能的溢出。由于是整数的除法并且除数不等于0,因此商的绝对值一定小于或等于被除数的绝对值。因此,int型整数的除法只有一种情况会导致溢出,即(-231)/(-1)。这是因为最大的正数为231-1,231超出了正数的范围。
/*** @param {number} a* @param {number} b* @return {number}*/// 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]。本题中,如果除法结果溢出,则返回 231 − 1// -0x80000000为最小的int型整数,即-2^31,0xc0000000是它的一半,即-2^30。var divide = function (a, b) {// 0x7fffffff就是2^31 - 1if (a === -0x80000000 && b === -1) {return 0x7fffffff;}let negative = 2;if (a > 0) {negative--;a = -a;}if (b > 0) {negative--;b = -b;}let res = divideCore(a, b);return negative == 1 ? -res : res};function divideCore(a, b) {let ret = 0;// 注意a, b都是负数,所以a <= b就是还可以继续除debuggerwhile (a <= b) {let value = b;let quo = 1;let beforeValue = b;let beforeQuo = 1;while (value >= -0xc0000000 && a <= value) {beforeValue = value;beforeQuo = quo;quo += quo; // 几倍的value,即几倍的bvalue += value; // 这里-0xc0000000 + -0xc0000000在32 位有符号整数中就越界了// console.log(beforeValue,value)}// a: -15// b: -2 -4 -8 -16// quo: 1 2 4 8value = value - beforeValue;quo = quo - beforeQuo;// console.log(value)// console.log(quo)ret += quo;a -= value;}return ret;}
/*** @param {number} a* @param {number} b* @return {number}*/// 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]。本题中,如果除法结果溢出,则返回 231 − 1// -0x80000000为最小的int型整数,即-2^31,0xc0000000是它的一半,即-2^30。var divide = function (a, b) {// 0x7fffffff就是2^31 - 1if (a === -0x80000000 && b === -1) {return 0x7fffffff;}let negative = 2;if (a > 0) {negative--;a = -a;}if (b > 0) {negative--;b = -b;}let res = divideCore(a, b);return negative == 1 ? -res : res};function divideCore(a, b) {let ret = 0;// 注意a, b都是负数,所以a <= b就是还可以继续除debuggerwhile (a <= b) {let value = b;let quo = 1;while (value >= -0xc0000000 && a <= value + value) {beforeValue = value;beforeQuo = quo;quo += quo; // 几倍的value,即几倍的bvalue += value; // 这里-0xc0000000 + -0xc0000000在32 位有符号整数中就越界了// console.log(beforeValue,value)}// a: -15// b: -2 -4 -8 -16// quo: 1 2 4 8// console.log(value)// console.log(quo)ret += quo;a -= value;}return ret;}
