• Leetcode29:两数相除


    一、题目描述

    给你两个整数,被除数 dividend 和除数 divisor。将两数相除,要求 不使用 乘法、除法和取余运算
    整数除法应该向零截断,也就是截去(truncate)其小数部分。例如,8.345 将被截断为 8 ,-2.7335 将被截断至 -2 。
    返回被除数 dividend 除以除数 divisor 得到的 商 。

    注意:假设我们的环境只能存储 32 位 有符号整数,其数值范围是 [−231, 231 − 1] 。本题中,如果商 严格大于231 − 1 ,则返回 231 − 1 ;如果商 严格小于 -231 ,则返回 -231

    示例 1:
    输入: dividend = 10, divisor = 3
    输出: 3
    解释: 10/3 = 3.33333.. ,向零截断后得到 3 
    
    示例 2:
    输入: dividend = 7, divisor = -3
    输出: -2
    解释: 7/-3 = -2.33333.. ,向零截断后得到 -2 
    
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    二、题解

    1.加法
        0 1 1 1
      + 1 1 1 0
      -------------
      1 0 1 0 1
    
     1+0=1
     1+1=2 转为二进制 10 填0,往前进一位
     1+1+1(前面进的位)=3 转为二进制 11 填1,往前进一位
     0+1+1=2 转为二进制 10 填0,往前进一位
    
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    加法结果:
    使用^运算(^ : 两个位相同为0,相异为1)的到的结果就是无进位相加的结果
    进位信息:
    如果两个都为1,那么就会有进位信息,用&运算,得到的就是1,再往左移动一位,结果就是进位信息
    最终的结果就是让^运算的结果加上进位信息
    得到的 ^运算结果 和 &运算结果左移 相加就是和,依次执行,直到进位信息没有了,就通过位运算实现了加法

        /**
         * 加法
         *     0 1 1 1
         *   + 1 1 1 0
         *   -------------
         *   1 0 1 0 1
         *
         *  1+0=1
         *  1+1=2 转为二进制 10 填0,往前进一位
         *  1+1+1(前面进的位)=3 转为二进制 11 填1,往前进一位
         *  0+1+1=2 转为二进制 10 填0,往前进一位
         */
        public int add(int a ,int b){
            //相同为0,不同为1,当两个要相加的时候,相同进位为0,不同1+0=0,缺少进位信息
            int result = a ^ b;
            // 相同为1,不同为0;相同进位,左移一位刚好为进位信息
            int carry = (a & b) << 1;
            if(carry!=0){
                return add(result,carry);
            }
            return result;
        }
    
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    2.减法
       1 0 1 0 0 1
     - 0 1 1 0 1 0
     ----------------
       0 0 1 1 1 1
    
    1-0=1
    0-1 不够减,往前借1(借到的是2), 2-1=1
    0-0 因为被借走了一位,所以0变成-1:-1-0,不够减,往前借1,2-1-0=1
    1-1 因为被借走了一位,所以1变成0:0-1,不够减,往前借1,2-1=1
    0-1 因为被借走了一位,所以0变成-1,-1-1,不够减,往前借1,2-1-1=0
    1-0 因为被借走了一位,所以1变成0,0-0=0
    
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        /**
         * 减法
         * a-b => a+(-b)
         * -b => ~b+1
         * @param a
         * @param b
         * @return
         */
        public static int minus(int a, int b) {
            return add(a,add(~b,1));
        }
    
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    3.乘法
            1 0 0 1
          * 1 1 0 1
      ---------------------
            1 0 0 1
          0 0 0 0
        1 0 0 1
      1 0 0 1
     -----------------------
      1 1 1 0 1 0 1
    
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    乘法

    • 当乘的位数是1的时候,还是原来的数字
    • 当乘的位数是0的时候,全部是0
    • 把全部的结果相加

    思路:判断乘数b的位数是不是1,通过让他和1进行&运算,如果是1,说明当前位是1。(当乘数是0的时候不用考虑,因为乘出来要加的还是0)
    &完的结果如果是1,把被乘数a作为要相加的和,左移一位(下一次如果是1的和)。
    b右移一位,让他来到下一位去乘。

        /**
         * 乘法
         *          1 0 0 1
         *        * 1 1 0 1
         *    ---------------------
         *          1 0 0 1
         *        0 0 0 0
         *      1 0 0 1
         *    1 0 0 1
         *   -----------------------
         *    1 1 1 0 1 0 1
         */
        public static int multiply(int a, int b) {
            int lastSum = 0;
            while (b != 0) {
                //b和1进行&运算,判断除要乘的这位是不是1
                if ((b & 1) == 1) {
                    lastSum = add(lastSum, a);
                }
                // 111
                b = (b >>> 1);
                a = (a << 1);
            }
            return lastSum;
        }
    
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    4.除法
                 0 0 0 1 1 0   商
                -------------
    除数b 1 1 0 ) 1 0 0 1 1 0           被除数a
                   1 1 0                // 相当于b向左移动到不会超过a的位置b<=a 此位移动的次数i的位置上为1  a右移a>=b
                 -----------            // b<