不用加号实现加法

题目说明

这是一道在lintcode上的简单题:http://lintcode.com/en/problem/a-b-problem/

说明如下:
Write a function that add two numbers A and B. You should not use + or any arithmetic operators.
翻译过来就是在不使用算数操作符(加减乘除)的前提下实现加法函数。

解题思路

如果对二进制运算有所了解的话,那这道题就是一道很简单的题目。
禁止使用加减乘除,就是告诉我们需要通过二进制的逻辑运算来实现。

在二进制中的加法有如下规律:
0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 10
其中1 + 1比较特殊,结果为10,需要进位。如果暂时先不考虑进位,那么1 + 1当前位结果为0,也就是说:
0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 0
这个结果是不是很熟悉?对的,这就是异或操作的结果。所以对于同位,我们可以使用异或操作来进行计算:int xor = a ^ b;

接下来我们再考虑进位。二进制中,只有在两个数都为1时,才会产生进位,所以这里需要用逻辑与操作。而进位本身这个动作我们可以用左移来实现:int conj = (a & b) << 1;

这两步完成之后,我们需要对不进位结果和进位结果进行同样的操作,直到进位为0为止。所以在函数的最后我们需要递归调用aplusb,最终才能得到正确的结果。

代码实现

C++
int aplusb(int a, int b) {
    // write your code here
    if (b == 0) {
        return a;
    }
    
    int xor = a ^ b;
    int conj = (a & b) << 1;
    
    return aplusb(xor, conj);
}

题目延伸

实现了加法,那该如何实现减法呢?
其实很简单,我们知道减法也可以写成加法的形式:a - b = a + (-b)
这样一想的话,实现减法的核心就是得到b对应的负数-b。在二进制中,我们可以通过取反加一这个操作来得到一个数的负数。

代码也很简单,可以直接使用上面的aplusb函数:

int aminusb(int a, int b) {
    // write your code here
    return aplusb(a, aplusb(~b, 1));
}
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