如何在C中将128位整数转换为十进制ascii字符串？

Question

我正在尝试将存储为 4 个无符号整数数组的 128 位无符号整数转换为 C 中的十进制字符串表示形式：（

unsigned int src[] = { 0x12345678, 0x90abcdef, 0xfedcba90, 0x8765421 };
printf("%s", some_func(src)); // gives "53072739890371098123344"

上面的输入和输出示例完全是虚构的；我不知道该输入会产生什么。）

如果我要使用十六进制、二进制或八进制，这将是一个简单的掩码和位移位以剥离最不重要的字符的问题。然而，在我看来，我需要进行 10 进制除法。不幸的是，我不记得如何跨多个整数执行此操作，并且我使用的系统不支持大于 32 位的数据类型，因此不可能使用 128 位类型。使用不同的语言也已经过时了，我宁愿避免仅仅为了这个操作而使用大量的库。

Answer 1

不需要除法：

#include <string.h>
#include <stdio.h>

typedef unsigned long uint32;

/* N[0] - contains least significant bits, N[3] - most significant */
char* Bin128ToDec(const uint32 N[4])
{
  // log10(x) = log2(x) / log2(10) ~= log2(x) / 3.322
  static char s[128 / 3 + 1 + 1];
  uint32 n[4];
  char* p = s;
  int i;

  memset(s, '0', sizeof(s) - 1);
  s[sizeof(s) - 1] = '\0';

  memcpy(n, N, sizeof(n));

  for (i = 0; i < 128; i++)
  {
    int j, carry;

    carry = (n[3] >= 0x80000000);
    // Shift n[] left, doubling it
    n[3] = ((n[3] << 1) & 0xFFFFFFFF) + (n[2] >= 0x80000000);
    n[2] = ((n[2] << 1) & 0xFFFFFFFF) + (n[1] >= 0x80000000);
    n[1] = ((n[1] << 1) & 0xFFFFFFFF) + (n[0] >= 0x80000000);
    n[0] = ((n[0] << 1) & 0xFFFFFFFF);

    // Add s[] to itself in decimal, doubling it
    for (j = sizeof(s) - 2; j >= 0; j--)
    {
      s[j] += s[j] - '0' + carry;

      carry = (s[j] > '9');

      if (carry)
      {
        s[j] -= 10;
      }
    }
  }

  while ((p[0] == '0') && (p < &s[sizeof(s) - 2]))
  {
    p++;
  }

  return p;
}

int main(void)
{
  static const uint32 testData[][4] =
  {
    { 0, 0, 0, 0 },
    { 1048576, 0, 0, 0 },
    { 0xFFFFFFFF, 0, 0, 0 },
    { 0, 1, 0, 0 },
    { 0x12345678, 0x90abcdef, 0xfedcba90, 0x8765421 }
  };
  printf("%s\n", Bin128ToDec(testData[0]));
  printf("%s\n", Bin128ToDec(testData[1]));
  printf("%s\n", Bin128ToDec(testData[2]));
  printf("%s\n", Bin128ToDec(testData[3]));
  printf("%s\n", Bin128ToDec(testData[4]));
  return 0;
}

输出：

0
1048576
4294967295
4294967296
11248221411398543556294285637029484152

Answer 2

直接除法基数 2^32，以相反顺序打印十进制数字，使用 64 位算术，复杂度 O(n)，其中 n 是表示形式中的十进制数字位数：

#include <stdio.h>

unsigned int a [] = { 0x12345678, 0x12345678, 0x12345678, 0x12345678 };

/* 24197857161011715162171839636988778104 */

int
main ()
{
  unsigned long long d, r;

  do
    {
      r = a [0];

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 32) + a [1];
      a [0] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 32) + a [2];
      a [1] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 32) + a [3];
      a [2] = d;

      d = r / 10;
      r = r - d * 10;
      a [3] = d;

      printf ("%d\n", (unsigned int) r);
    }
  while (a[0] || a[1] || a[2] || a[3]);

  return 0;
}

编辑：更正了循环，以便在数组 a 只包含零时显示 0。
另外，数组是从左到右读取的，a[0] 是最高有效位，a[3] 是最低有效位。

Answer 3

一种缓慢但简单的方法是使用减法从最高有效位到最低有效位打印数字。基本上，您需要一个函数来检查是否x >= y，并需要另一个函数来计算x -= y（如果是这种情况）。
然后你可以开始计算你可以减去多少次10^38（这将是最高有效数字），然后你可以减去多少次10^37......一直到你可以减去多少次1。

以下是这种方法的完整实现：

#include <stdio.h>

typedef unsigned ui128[4];

int ge128(ui128 a, ui128 b)
{
    int i = 3;
    while (i >= 0 && a[i] == b[i])
        --i;
    return i < 0 ? 1 : a[i] >= b[i];
}

void sub128(ui128 a, ui128 b)
{
    int i = 0;
    int borrow = 0;
    while (i < 4)
    {
        int next_borrow = (borrow && a[i] <= b[i]) || (!borrow && a[i] < b[i]);
        a[i] -= b[i] + borrow;
        borrow = next_borrow;
        i += 1;
    }
}

ui128 deci128[] = {{1u,0u,0u,0u},
                   {10u,0u,0u,0u},
                   {100u,0u,0u,0u},
                   {1000u,0u,0u,0u},
                   {10000u,0u,0u,0u},
                   {100000u,0u,0u,0u},
                   {1000000u,0u,0u,0u},
                   {10000000u,0u,0u,0u},
                   {100000000u,0u,0u,0u},
                   {1000000000u,0u,0u,0u},
                   {1410065408u,2u,0u,0u},
                   {1215752192u,23u,0u,0u},
                   {3567587328u,232u,0u,0u},
                   {1316134912u,2328u,0u,0u},
                   {276447232u,23283u,0u,0u},
                   {2764472320u,232830u,0u,0u},
                   {1874919424u,2328306u,0u,0u},
                   {1569325056u,23283064u,0u,0u},
                   {2808348672u,232830643u,0u,0u},
                   {2313682944u,2328306436u,0u,0u},
                   {1661992960u,1808227885u,5u,0u},
                   {3735027712u,902409669u,54u,0u},
                   {2990538752u,434162106u,542u,0u},
                   {4135583744u,46653770u,5421u,0u},
                   {2701131776u,466537709u,54210u,0u},
                   {1241513984u,370409800u,542101u,0u},
                   {3825205248u,3704098002u,5421010u,0u},
                   {3892314112u,2681241660u,54210108u,0u},
                   {268435456u,1042612833u,542101086u,0u},
                   {2684354560u,1836193738u,1126043566u,1u},
                   {1073741824u,1182068202u,2670501072u,12u},
                   {2147483648u,3230747430u,935206946u,126u},
                   {0u,2242703233u,762134875u,1262u},
                   {0u,952195850u,3326381459u,12621u},
                   {0u,932023908u,3199043520u,126217u},
                   {0u,730304488u,1925664130u,1262177u},
                   {0u,3008077584u,2076772117u,12621774u},
                   {0u,16004768u,3587851993u,126217744u},
                   {0u,160047680u,1518781562u,1262177448u}};

void print128(ui128 x)
{
    int i = 38;
    int z = 0;
    while (i >= 0)
    {
        int c = 0;
        while (ge128(x, deci128[i]))
        {
            c++; sub128(x, deci128[i]);
        }
        if (i==0 || z || c > 0)
        {
            z = 1; putchar('0' + c);
        }
        --i;
    }
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    ui128 test = { 0x12345678, 0x90abcdef, 0xfedcba90, 0x8765421 };
    print128(test);
    return 0;
}

​​问题文本中的十进制数字变为

11248221411398543556294285637029484152

并且Python同意这是正确的值（这当然并不意味着代码是正确的！;-)）

Answer 4

同样的事情，但是使用 32 位整数算术：

#include <stdio.h>

unsigned short a [] = { 
  0x0876, 0x5421,
  0xfedc, 0xba90,
  0x90ab, 0xcdef,
  0x1234, 0x5678
};

int
main ()
{
  unsigned int d, r;

  do
    {
      r = a [0];

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [1];
      a [0] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [2];
      a [1] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [3];
      a [2] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [4];
      a [3] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [5];
      a [4] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [6];
      a [5] = d;

      d = r / 10;
      r = ((r - d * 10) << 16) + a [7];
      a [6] = d;

      d = r / 10;
      r = r - d * 10;
      a [7] = d;

      printf ("%d\n", r);
    }
  while (a[0] || a[1] || a[2] || a[3] || a [4] || a [5] || a[6] || a[7]);


  return 0;
}

Answer 5

您实际上不需要实现长除法。您需要实现 2 的幂乘法和加法。您有四个 uint_32。首先将它们每个都转换为字符串。将它们乘以 (2^32)^3、(2^32)^2、(2^32)^1 和 < code>(2^32)^0 分别，然后将它们相加。您不需要进行基本转换，只需将四个部分放在一起即可。显然，您需要确保字符串可以处理最多 UINT_32_MAX*(2^32)^3 的数字。

Answer 6

假设您有一个快速的 32 位乘法和除法，通过实现 bigint 除法/模 10000，然后使用 (s)printf 输出数字组，可以一次计算 4 位数字的结果。

这种方法也很容易扩展到更高（甚至可变）的精度......

#include <stdio.h>

typedef unsigned long bigint[4];

void print_bigint(bigint src)
{
    unsigned long int x[8];   // expanded version (16 bit per element)
    int result[12];           // 4 digits per element
    int done = 0;             // did we finish?
    int i = 0;                // digit group counter

    /* expand to 16-bit per element */
    x[0] = src[0] & 65535;
    x[1] = src[0] >> 16;
    x[2] = src[1] & 65535;
    x[3] = src[1] >> 16;
    x[4] = src[2] & 65535;
    x[5] = src[2] >> 16;
    x[6] = src[3] & 65535;
    x[7] = src[3] >> 16;

    while (!done)
    {
        done = 1;
        {
            unsigned long carry = 0;
            int j;
            for (j=7; j>=0; j--)
            {
                unsigned long d = (carry << 16) + x[j];
                x[j] = d / 10000;
                carry = d - x[j] * 10000;
                if (x[j]) done = 0;
            }
            result[i++] = carry;
        }
    }

    printf ("%i", result[--i]);
    while (i > 0)
    {
        printf("%04i", result[--i]);
    }
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    bigint tests[] = { { 0, 0, 0, 0 },
                       { 0xFFFFFFFFUL, 0, 0, 0 },
                       { 0, 1, 0, 0 },
                       { 0x12345678UL, 0x90abcdefUL, 0xfedcba90UL, 0x8765421UL } };
    {
        int i;
        for (i=0; i<4; i++)
        {
            print_bigint(tests[i]);
            printf("\n");
        }
    }
    return 0;
}

Answer 7

@Alexey Frunze 的方法很简单，但非常慢。您应该使用上面 @chill 的 32 位整数方法。另一种无需任何乘法或除法的简单方法是double dabble。这可能比 chill 的算法运行得慢，但比 Alexey 的算法快得多。运行后你会得到一个十进制数的压缩BCD码

Answer 8

github 上有一个开源项目 (c++)，它提供了数据类型 uint265_t 和 uint128_t 的类。

https://github.com/calccrypto/uint256_t

不，我不隶属于该项目，但是我将它用于这样的目的，但我想它对其他人也有用。