如何优化除法常数？答案

【问题标题】：How to optimize for dividing constant?如何优化除法常数？
【发布时间】：2017-12-05 09:13:08
【问题描述】：

众所周知，gcc 对除以常数的优化得到了很好的优化 :)

现在我想知道如何优化除法常量。 gcc 没有帮助我，clang 也是。

也许我不擅长搜索这些信息，但我找不到关于除法常数优化的资料。（相比之下，除以常数被很好地介绍了。）

#include <stdio.h>

int f(int x)
{
    // can I optimize off the idiv opcode here?
    return 33659/x;
}

int main()
{
    int x;
    scanf("%d", &x);
    printf("%d", f(x));
    return 0;
}

编辑1：

#include <stdio.h>

#define DIVIDEND 33

void f ( unsigned int* arr, int n )
{
    for ( int i = 0; i < n ; i++ )
    {
        arr[i] = DIVIDEND / arr[i];
    }
}

int main()
{
    const int n = 1024;
    unsigned int buf[n];
    for ( int i = 0; i < n; i++ )
    {
        scanf ( "%u", buf + i );
    }
    f ( buf, n );
    for ( int i = 0; i < n; i++ )
    {
        printf ( "%d", buf[i] );
    }
    return 0;
}

使用clang -O3 -march=native div.c -o div 进行优化仅展开循环，同时：

#include <stdio.h>

#define DIVIDEND 33
#define DIVISOR DIVIDEND

void f ( unsigned int* arr, int n )
{
    for ( int i = 0; i < n ; i++ )
    {
        //arr[i] = DIVIDEND / arr[i];
        arr[i] = arr[i] / DIVISOR;
    }
}

int main()
{
    const int n = 1024;
    unsigned int buf[n];
    for ( int i = 0; i < n; i++ )
    {
        scanf ( "%u", buf + i );
    }
    f ( buf, n );
    for ( int i = 0; i < n; i++ )
    {
        printf ( "%d", buf[i] );
    }
    return 0;
}

使用相同的命令行会产生一堆可怕的 AVX2 代码。（记住，被常数除法改写为shift+mul+add，可以向量化！）

编辑2：感谢@user2722968！应用 RCPPS 将使程序更快。

这是我使用 RCPPS 进行快速恒分除法的实验实现：

https://github.com/ThinerDAS/didactic-spoon/blob/master/div.c

但是，我不确定如何在没有大量开销的情况下使其更准确。

【问题讨论】：

无论是 gcc 还是 clang 都没有显示任何优化，这并不是一个很好的暗示，这实际上不能很好地优化（或根本没有）。
了解 OP 认为在这种情况下可能进行哪些优化会很有趣。
我认为-no-优化是可能的。
如果红利为 0，则正在优化它：P。我认为这是唯一可以优化的情况。
@PSkocik 1/x 也可能值得优化。但无论如何，如果x 受到足够的限制，我可以想象可能的优化，比如仅 [1, ... 10] 等等。

标签： c algorithm optimization

【解决方案1】：

如果您可以为“除以”触发非常好的优化，那么您可能会受益于使用 RCPPS 指令（确实使用 SSE/AVX）计算 x/33659 的倒数。

【讨论】：

RCPPS 是一个很好的提示！该指令是一个非常粗略的近似值，并不可靠，但是它非常快。很难触发指令:(我会试试看。