为什么会发出如此复杂的代码来将有符号整数除以 2 的幂？答案

【问题标题】：Why is such complex code emitted for dividing a signed integer by a power of two?为什么会发出如此复杂的代码来将有符号整数除以 2 的幂？
【发布时间】：2012-09-23 09:56:14
【问题描述】：

当我用 VC++10 编译这段代码时：

DWORD ran = rand();
return ran / 4096;

我得到了这个反汇编：

299: {
300:    DWORD ran = rand();
  00403940  call        dword ptr [__imp__rand (4050C0h)]  
301:    return ran / 4096;
  00403946  shr         eax,0Ch  
302: }
  00403949  ret

简洁明了，用逻辑右移代替了除以 2 的幂。

当我编译这段代码时：

int ran = rand();
return ran / 4096;

我得到了这个反汇编：

299: {
300:    int ran = rand();
  00403940  call        dword ptr [__imp__rand (4050C0h)]  
301:    return ran / 4096;
  00403946  cdq  
  00403947  and         edx,0FFFh  
  0040394D  add         eax,edx  
  0040394F  sar         eax,0Ch  
302: }
  00403952  ret

在进行算术右移之前执行一些操作。

这些额外的操作需要什么？为什么算术移位还不够？

【问题讨论】：

FWIW，在 C89 和 C++03 中，它是由实现定义的，负操作数的整数除法循环方式。在 C99 和 C++11 中不是。
Examining code generated by the Visual Studio C++ compiler, part 1的可能重复
@Mysticial 我认为每个称职的 C(++)/低级程序员要么已经知道它，要么能够弄明白。或者赞成票来自那些还不知道这一点的人。我可能错了。
@Mysticial 好吧，我们也可以投票结束旧问题作为新问题的欺骗......
这是一个很好的例子，当你的意思是除法时人们说不要移位，因为编译器知道优化。结果编译器也知道什么时候“OK”。

标签： c++ visual-c++ assembly x86 division

【解决方案1】：

原因是无符号除以 2^n 可以非常简单地实现，而有符号除则稍微复杂一些。

unsigned int u;
int v;

对于u的所有可能值，u / 4096 等价于u >> 12。

v / 4096 NOT 等同于 v >> 12 - 当 v < 0 时它会崩溃，因为当涉及负数时，移位和除法的舍入方向不同。

【讨论】：

@Vlad: 我相信int 是默认情况下总是签名的——也许你在想char？

【解决方案2】：

“额外操作”弥补了算术右移将结果舍入为负无穷，而除法将结果舍入为零这一事实。

例如，-1 >> 1 是 -1，而 -1/2 是 0。

【讨论】：

【解决方案3】：

来自 C 标准：

整数除法时，/运算符的结果是丢弃任何小数部分的代数商。105) 如果商 a/b 是可表示的，表达式 (a/b)*b + a%b 应等于a；否则，a/b 和 a%b 的行为都是未定义的。

不难想象 a 的负值不遵循纯算术移位的规则的例子。例如

(-8191) / 4096 -> -1
(-8191) % 4096 -> -4095

满足等式，而

(-8191) >> 12 -> -2 (assuming arithmetic shifting)

不是截断除法，因此-2 * 4096 - 4095 肯定不等于-8191。

请注意，负数的移位实际上是由实现定义的，因此 C 表达式 (-8191) >> 12 根据标准没有一般正确的结果。

【讨论】：