C++ 获得整数除法和余数的最佳方法答案

【问题标题】：C++ Best way to get integer division and remainderC++ 获得整数除法和余数的最佳方法
【发布时间】：2011-08-15 20:21:16
【问题描述】：

我只是想知道，如果我想将 a 除以 b，并且对结果 c 和余数都感兴趣（例如，假设我有秒数并想将其分成分钟和秒），那么最好的方法？

会不会

int c = (int)a / b;
int d = a % b;

或

int c = (int)a / b;
int d = a - b * c;

或

double tmp = a / b;
int c = (int)tmp;
int d = (int)(0.5+(tmp-c)*b);

或

也许有一种神奇的功能可以同时提供两者？

【问题讨论】：

以下所有答案似乎都是合理的，我想补充一点，在我看来，任何与 double（你的最后一项）的混搭似乎都是个坏主意，你最终会得到不t 排队，并且可能会在性能和可执行文件大小方面付出代价（在某些嵌入式系统上对我来说一直是个问题）。
第三个是坏选项：如果 tmp = 54.999999999999943157 怎么办？这就是说，老式的铸造从来都不是一件聪明的事情。

标签： c++ division

【解决方案1】：

在 x86 上，余数是除法本身的副产品，因此任何半体面的编译器都应该能够只使用它（而不是再次执行 div）。这可能也在其他架构上完成。

指令：DIVsrc

注意：无符号除法。将累加器 (AX) 除以“src”。如果除数是一个字节值，结果放在 AL ，余数放在 AH。如果除数是一个字值，然后DX:AX除以“src”并存储结果 在 AX 中，余数存储在 DX 中。

int c = (int)a / b;
int d = a % b; /* Likely uses the result of the division. */

【讨论】：

我想很多人从小学就知道，做除法时，余数是免费的。真正的问题是：我们的编译器是否足够聪明，可以利用这一点？
@jdv：我不会感到惊讶。这是一个非常简单的优化。
我尝试了一个快速测试。对于使用 -O2 的 g++ 4.3.2，汇编器输出清楚地显示了它使用一条 idivl 指令并使用 eax 和 edx 中的结果。如果没有，我会感到震惊。
@EuriPinhollow 同意这不是关于 x86 的问题。我只是把它作为一个例子，假设其他架构可能做类似的事情是非常可疑的。
您确实需要告诉编译器进行优化，至少对于 g++。在 x86_64 上使用 g++ 6.3.0 进行的一个简单实验表明，在完全没有优化的情况下，你会得到两条 idivl 指令，但使用 -O1 或更大的指令，你会得到一条。正如手册所说，“Without any optimization option … Statements are independent”.

【解决方案2】：

std::div 返回一个包含结果和余数的结构。

【讨论】：

我很想知道这是否真的比现代编译器上的选项 1 更有效。
很好，我不知道。它更快吗？
不错。您是否会碰巧知道某个地方是否已长期实施？
看起来很有效率。 cppreference 表示“在许多平台上，一条 CPU 指令同时获得商和余数，这个函数可以利用这一点，尽管编译器通常能够在合适的地方合并附近的 / 和 %。”
我不在乎它是否更快。 它更具可读性。同时使用/ 和%，您将有代码重复或除数和除数的额外变量，没有经验的读者可能会问：这会优化吗？ std::div 更清晰，减少歧义和冗余。使用结构化绑定，使用起来非常优雅：const auto [q, r] = std::div(divisor, dividend);

【解决方案3】：

至少在 x86 上，g++ 4.6.1 只使用 IDIVL 并从那条指令中获取两者。

C++ 代码：

void foo(int a, int b, int* c, int* d)
{
  *c = a / b;
  *d = a % b;
}

x86 代码：

__Z3fooiiPiS_:
LFB4:
    movq    %rdx, %r8
    movl    %edi, %edx
    movl    %edi, %eax
    sarl    $31, %edx
    idivl   %esi
    movl    %eax, (%r8)
    movl    %edx, (%rcx)
    ret

【讨论】：

顺序重要吗？例如，如果您正在迭代 /= - 您可能需要先使用临时变量来保持除法。
@Annan 那时候没关系，现在也没关系。编译器足够聪明，可以重新排序。

【解决方案4】：

测试 div() 和组合除法和 mod 的示例代码。我用 gcc -O3 编译了这些，我必须添加对 doNothing 的调用以阻止编译器优化所有内容（除法 + mod 解决方案的输出将为 0）。

持保留态度：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>

extern doNothing(int,int); // Empty function in another compilation unit

int main() {
    int i;
    struct timeval timeval;
    struct timeval timeval2;
    div_t result;
    gettimeofday(&timeval,NULL);
    for (i = 0; i < 1000; ++i) {
        result = div(i,3);
        doNothing(result.quot,result.rem);
    }
    gettimeofday(&timeval2,NULL);
    printf("%d",timeval2.tv_usec - timeval.tv_usec);
}

输出：150

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdlib.h>

extern doNothing(int,int); // Empty function in another compilation unit

int main() {
    int i;
    struct timeval timeval;
    struct timeval timeval2;
    int dividend;
    int rem;
    gettimeofday(&timeval,NULL);
    for (i = 0; i < 1000; ++i) {
        dividend = i / 3;
        rem = i % 3;
        doNothing(dividend,rem);
    }
    gettimeofday(&timeval2,NULL);
    printf("%d",timeval2.tv_usec - timeval.tv_usec);
}

输出：25

【讨论】：

【解决方案5】：

除了前面提到的std::div系列函数，还有std::remquo系列函数，返回rem -ainder 并通过传入的指针获取 quo-tient。

[编辑：] 毕竟看起来像 std::remquo doesn't really return the quotient。

【讨论】：

【解决方案6】：

在其他条件相同的情况下，最好的解决方案是明确表达您的意图。所以：

int totalSeconds = 453;
int minutes = totalSeconds / 60;
int remainingSeconds = totalSeconds % 60;

可能是您提出的三个选项中最好的一个。然而，正如其他答案中所述，div 方法将同时为您计算这两个值。

【讨论】：

【解决方案7】：

您不能相信 g++ 4.6.3 在 32 位英特尔平台上使用 64 位整数。 a/b 通过调用 divdi3 计算，a%b 通过调用 moddi3 计算。我什至可以想出一个用这些调用计算 a/b 和 a-b*(a/b) 的例子。所以我使用 c=a/b 和 a-b*c。

div 方法调用计算 div 结构的函数，但函数调用在硬件支持整数类型的平台上似乎效率低下（即 64 位 intel/amd 平台上的 64 位整数）。

【讨论】：

【解决方案8】：

许多答案建议使用以下代码：

int div = a / b;
int mod = a % b;

但是，值得记住的是，除法与乘法不同，加法的执行时间要长得多（据我所知，时钟周期是一个时钟周期的几十倍）。并且，如果需要反复计算mod和div，那么值得将二除换成一除一乘一加如下：

int div = a / b;
int mod = a - div * b;

【讨论】：

我使用gcc -S -O3检查了这两个建议，编译器能够将两者优化为相同的汇编代码
编译器很棒:)
没有。真棒谁写的:)
@AlexeyIsmagilov 你的函数体已经过优化（因为它什么都不做所以被移除），看这里，result are different
但是@MichaelKotzjan 是对的，看看result

【解决方案9】：

您可以使用模数来获得余数。尽管@cnicutar 的回答似乎更干净/更直接。

【讨论】：

是的，原贴使用了模数运算符，问题是如何使其高效。