我正在优化 C++ 代码。
在一个关键步骤，我想实现以下功能y=f(x)：
f(0)=1
f(1)=2
f(2)=3
f(3)=0
哪个更快？使用查找表或i=(i+1)&3 或i=(i+1)%4？还是有更好的建议？
【问题讨论】：
几乎可以肯定，查找表将是最慢的。在很多情况下，编译器会为(i+1)&3 和(i+1)%4 生成相同的程序集；但是，根据 i 的类型/签名，它们可能不是严格等效的，编译器将无法进行该优化。以代码为例
int foo(int i)
{
return (i+1)%4;
}
unsigned bar(unsigned i)
{
return (i+1)%4;
}
在我的系统上，gcc -O2 生成：
0000000000000000 <foo>:
0: 8d 47 01 lea 0x1(%rdi),%eax
3: 89 c2 mov %eax,%edx
5: c1 fa 1f sar $0x1f,%edx
8: c1 ea 1e shr $0x1e,%edx
b: 01 d0 add %edx,%eax
d: 83 e0 03 and $0x3,%eax
10: 29 d0 sub %edx,%eax
12: c3 retq
0000000000000020 <bar>:
20: 8d 47 01 lea 0x1(%rdi),%eax
23: 83 e0 03 and $0x3,%eax
26: c3 retq
如您所见，由于有符号模数结果的规则，(i+1)%4 首先会生成更多代码。
归根结底，如果 (i+1)&3 版本能表达你想要的，你可能最好使用它，因为编译器做你不期望的事情的机会更少。
【讨论】：
我不会讨论过早优化。但答案是它们的速度是一样的。
任何理智的编译器都会将它们编译成相同的东西。无论如何，除以 2 的幂的除法/模数将优化为按位运算。
所以使用你找到的（或其他人会找到的）更易读的。
编辑：正如 Roland 所指出的，它有时会根据符号的不同而表现不同：
无符号&：
int main(void)
{
unsigned x;
cin >> x;
x = (x + 1) & 3;
cout << x;
return 0;
}
mov eax, DWORD PTR _x$[ebp]
inc eax
and eax, 3
push eax
无符号模数：
int main(void)
{
unsigned x;
cin >> x;
x = (x + 1) % 4;
cout << x;
return 0;
}
mov eax, DWORD PTR _x$[ebp]
inc eax
and eax, 3
push eax
签名&：
int main(void)
{
int x;
cin >> x;
x = (x + 1) & 3;
cout << x;
return 0;
}
mov eax, DWORD PTR _x$[ebp]
inc eax
and eax, 3
push eax
有符号模数：
int main(void)
{
int x;
cin >> x;
x = (x + 1) % 4;
cout << x;
return 0;
}
mov eax, DWORD PTR _x$[ebp]
inc eax
and eax, -2147483645 ; 80000003H
jns SHORT $LN3@main
dec eax
or eax, -4 ; fffffffcH
【讨论】：
% 和 & 版本可能会生成不同的代码。
很有可能，您不会发现任何差异：任何合理的现代编译器都知道将两者优化为相同的代码。
【讨论】：
您是否尝试过对其进行基准测试？顺便说一下，我假设&3 版本会更快，因为这是一个简单的加法和按位与运算，这两者都应该是任何现代 CPU 上的单周期运算。
%4 可以采用几种不同的方式，具体取决于编译器的智能程度。它可以通过除法来完成，这比加法要慢得多，或者也可以转换为按位的and 运算，最终与&3 版本一样快。
【讨论】：
与 Mystical 相同，但 C 和 ARM
int fun1 ( int i )
{
return( (i+1)&3 );
}
int fun2 ( int i )
{
return( (i+1)%4 );
}
unsigned int fun3 ( unsigned int i )
{
return( (i+1)&3 );
}
unsigned int fun4 ( unsigned int i )
{
return( (i+1)%4 );
}
创建：
00000000 <fun1>:
0: e2800001 add r0, r0, #1
4: e2000003 and r0, r0, #3
8: e12fff1e bx lr
0000000c <fun2>:
c: e2802001 add r2, r0, #1
10: e1a0cfc2 asr ip, r2, #31
14: e1a03f2c lsr r3, ip, #30
18: e0821003 add r1, r2, r3
1c: e2010003 and r0, r1, #3
20: e0630000 rsb r0, r3, r0
24: e12fff1e bx lr
00000028 <fun3>:
28: e2800001 add r0, r0, #1
2c: e2000003 and r0, r0, #3
30: e12fff1e bx lr
00000034 <fun4>:
34: e2800001 add r0, r0, #1
38: e2000003 and r0, r0, #3
3c: e12fff1e bx lr
对于负数，掩码和模数不相等，仅适用于正数/无符号数。对于这些情况，您的编译器应该知道 %4 与 &3 相同，并在 (&3) 上使用较便宜的 gcc 。下面是clang/llc
fun3:
add r0, r0, #1
and r0, r0, #3
mov pc, lr
fun4:
add r0, r0, #1
and r0, r0, #3
mov pc, lr
【讨论】：
当然 & 比 % 更快。以前的许多帖子都证明了这一点。此外，由于 i 是局部变量，您可以使用 ++i 而不是 i+1，因为大多数编译器都可以更好地实现它。 i+1 可能（不）被优化为 ++i。
更新：也许我不清楚，我的意思是，函数应该只是“return((++i)&3);”
【讨论】：
i=(++i)&3 实际上是无效的（两次写入，两者都不是在另一个之前排序）。