En C los enteros tienen un tamaño prefijado por el compilador y elegido por el programador, mediante las palabras reservadas short
(16 bits), long
(32 bits) o long long
(64 bits).
Obviamente un tamaño prefijado impone un límite, que es de 2 elevado al número de bits (para los enteros unsigned
) o bien elevado al número de bits menos 1 (para los enteros con signo).
Así, por ejemplo, en un dato de tipo unsigned long int
(32 bits), el dato más grande que cabe es 232. Si sumas 1 a ese dato, obtienes como resultado cero (y en la ALU se activaría el bit de carry, pero ese hecho sería ignorado, y en definitiva tendrías un resultado erróneo).
En Python en cambio la implementación es más inteligente. Por defecto los enteros comienzan siendo de 32 bits, pero cuando se va a hacer cualquier operación con enteros, el intérprete determina de antemano si el resultado cabrá o no en 32 bits (por ejemplo si se van a multiplicar dos enteros de 32 bits es probable que el resultado no quepa, pues puede llegar a requerir hasta 64 bits).
Cuando el intérprete detecta que el resultado no cabrá en 32 bits, lo "aumenta". En realidad lo que ocurre es que el entero es implementado mediante un array de unsigned long int
, y cada uno de esos elementos almacena una única "cifra" del entero a almacenar, pero expresado en base 230.
Por ejemplo, si el número es inferior a 230, cabría en una única "cifra" (es decir, un único elemento del array), pero si es mayor, se redimensiona ese array para añadir más "cifras".
Por ejemplo
Consideremos el resultado de factorial(20)
que es:
2432902008176640000
Este número es mayor de 230 (que es 1073741824
), por lo que hay que pasarlo a base 1073741824 para encontrar sus cifras. La conversión consiste en dividir por 1073741824 para sacar las "decenas", y el resto de esa división serán las "unidades". En este caso sale:
- "Decenas" =
2432902008176640000 // 1073741824
= 2265816562
- "Unidades" =
2432902008176640000 % 1073741824
= 118332914
Como ves las unidades ya salen inferiores a 230 (no puede ser de otro modo por ser el resto de la división), pero las "decenas" aún salen superiores a 230, por lo que hay que dividir de nuevo para obtener "centenas":
- "Centenas" =
2265816562 // 1073741824
= 2
- "Decenas" =
2265816562 % 1073741824
= 118332914 (casualmente en este caso es igual a las "unidades")
- "Unidades" = 118332914
Así que el número en cuestión ocupa tres "cifras" en base 230, y por tanto se puede guardar en un array de 3 posiciones (en el que cada posición es de tipo unsigned long int
en C).
Esta es la forma en que Python consigue guardar números de cualquier tamaño. A medida que el número crece, reserva dinámicamente memoria para más elementos en ese array, y por tanto para más "cifras".
Naturalmente operar con este tipo de números no es tan inmediato como operar con los tipos nativos del C. Cuando en C haces a + b
, siendo a
y b
variables de tipo long int
, en el fondo la operación se reduce a transferir esas variables a dos registros de la CPU y usar la ALU de la CPU para sumar esos registros, lo cual básicamente se resuelve en una sola operación ensamblador. En Python en cambio es necesaria toda una lógica que permita operar con los elementos del array antes explicado (las "cifras"), propagar el acarreo de una "cifra" a otra, etc.
No obstante si los datos que maneja el programa python son menores a 230, ya que eso cabe en una sola "cifra", la operación se resolvería también en pocos ciclos de CPU.