如何使用位运算来代替模数和除法运算符？答案

【问题标题】：How to use bit operations to replace modulu and division operators?如何使用位运算来代替模数和除法运算符？
【发布时间】：2012-11-26 16:40:13
【问题描述】：

我有这行代码：

 base_num = (arr[j]/base)%256;

这一行循环运行，操作“/”和“%”需要大量资源和时间来执行。我想更改此行并应用位操作以最大化程序性能。我该怎么做？

谢谢。

【问题讨论】：

base 是常数，还是会改变？
如果编译器有价值，它会在比% 更快的每个平台上用&0xFF 替换%256。 base 的值是多少？
您可以将base_num 声明为 8 位（无符号）整数
基础变化值：base = (int)pow(256,(float)i);
@user1756004 呃，这不应该是这样计算的。 int base = 1 << (8*i);。但这会溢出相当小的i。 unsigned long long 可能是更好的选择。

【解决方案1】：

如果 base 是 2 的 n 次方，您可以将除法替换为右移 n 位。然后，由于取整数的模 256 等价于取其最后 8 位，因此您可以将其与 0xFF 进行与运算。或者，如果您将其与 256*base 进行 AND 运算，然后将 n 向右移位，则可以反转操作。

base_num = arr[j] >> n;
base_num &= 0xFF;

当然，任何半体面的编译器都应该能够为您做到这一点。

【讨论】：

你需要移动n位，2^n是1 << n。
kernel that dominates 的pow 函数（来自glibc 在顶部定义为（简化）：if (base == 2) { return (1 << exp) }
这是给你的new privilege：D
是的，但是 base_num 不是 2 的 n 次方。像这样的基本变化：
base = (int)pow(256,(float)i);或者这个：base = 1

【解决方案2】：

将-O1 或更高版本添加到您的编译器选项中，编译器将为您完成。

在 gcc 中，-O1 开启 -ftree-slsr，根据文档，

对树木执行直线强度降低。这可以识别涉及乘法的相关表达式，并在可能的情况下用成本较低的计算替换它们。

这将替换模数和基数（如果它是常数）。但是，如果您知道基数将是 2 的某个非常数幂，则可以重构周围的代码，以得到该数字的 log2，然后将 >> 减去 1。

【讨论】：

【解决方案3】：

您也可以将 base_num 声明为 8 位整数：

#include <stdint.h>

uint8_t base_num;
uint16_t crap;
crap = 0xFF00;
base_num = crap;

如果您的编译器符合标准，它会将byte(0xFF00) (0x00) 的值放入base_num。

我还没有遇到在纯 C（C++ 或 C#）中执行饱和算术的编译器，但如果有，它会将大于 0xFF 的 sat_byte(0xFF00) 的值放入，它会将 @ 987654328@ 转为base_num。

请记住，您的编译器会警告您在这种情况下会丢失精度。在这种情况下，您的编译器可能会出错（Visual Studio 使用Treat Warnings as Errors On）。如果发生这种情况，您可以这样做：

base_num = (uint8_t)crap;

但这似乎是你想要避免的。

您尝试做的似乎是删除模运算符，因为这需要除法，而除法是最昂贵的基本算术运算。我通常不会以任何方式将此视为瓶颈，因为任何“智能”编译器（即使在调试模式下）都会将其“优化”为：

base_num = crap & 0xFF;

在受支持的平台（我听说过的所有主流处理器 - x86、AMD64、ARM、MIPS）上，应该是任何平台。听到没有基本的 AND 和 OR 算术指令的处理器，我会傻眼的。

【讨论】：