C 代码中忽略的模操作数答案

【问题标题】：modulus operand ignored in C codeC 代码中忽略的模操作数
【发布时间】：2013-09-05 18:32:35
【问题描述】：

我有以下代码：

unsigned short wrLine;
unsigned short prev = ((wrLine - 1) % 16);
wrLine = (wrLine + 1) % 16;

这会产生以下反汇编：

unsigned short prev = ((wrLine - 1) % LINES_IN_FIFO);

0041456A   movw      r3, #25282           
0041456E   movt      r3, #8192            
00414572   ldrh      r3, [r3]             
00414574   uxth      r3, r3        
00414576   add.w     r2, r3, #4294967295        
0041457A   mov.w     r3, #15              
0041457E   movt      r3, #32768           
00414582   ands      r3, r2        
00414584   cmp       r3, #0        
00414586   bge       #10           
00414588   add.w     r3, r3, #4294967295        
0041458C   orn       r3, r3, #15          
00414590   add.w     r3, r3, #1           
00414594   strh      r3, [r7, #4]

wrLine = (wrLine + 1) % LINES_IN_FIFO;

0041463E   movw      r3, #25282           
00414642   movt      r3, #8192            
00414646   ldrh      r3, [r3]             
00414648   uxth      r3, r3        
0041464A   add.w     r2, r3, #1           
0041464E   mov.w     r3, #15              
00414652   movt      r3, #32768           
00414656   ands      r3, r2        
00414658   cmp       r3, #0        
0041465A   bge       #10           
0041465C   add.w     r3, r3, #4294967295        
00414660   orn       r3, r3, #15          
00414664   add.w     r3, r3, #1           
00414668   uxth      r2, r3        
0041466A   movw      r3, #25282           
0041466E   movt      r3, #8192

有趣的是，如果 wrLine 为零，那么 prev 最终将等于 0xFFFF，而当 wrLine 为 15 时，它将最终等于 0x0000。知道为什么只有其中一个有效吗？

谢谢，德文

【问题讨论】：

我认为，A % 16 更有效的方法是 A & 15。
@AndreySmorodov，如果能产生更高效的代码，任何体面的编译器都应该弄清楚这些转换。
你在哪里初始化 wrLine？我正在尝试重新创建您在这里所做的事情，但不确定“何时”wrLine 设置为 15 或 0。
所以，当我初始化 unsigned short wrLine = 15; 时，我得到 prev = 14，而不是 0。当 unsigned short wrLine = 0; 时，prev == FFFF;。您正在使用什么编译器/环境？
预计当 wrLine 设置为 0 时，(0 - 1) prev 解析为 -1（0xffff 表示无符号），但我无法重现您遇到的“0”错误。

标签： c integer-arithmetic operands

【解决方案1】：

short 数据类型在执行任何算术运算之前转换为int。由于您的模数是16，因此它是int 而不是unsigned。

如果你不能使用short，请不要使用unsigned类型，这里是16U。

【讨论】：

【解决方案2】：

首先，对于任何计算，short 值都被提升为 int。编译器将%16 转换为等效的按位运算&15，因为它在目标CPU 上可能更有效。实际上它被转换成& 0x8000000F：这保持了符号位。结果与零比较：如果大于0，则直接使用结果的下半部分；否则，所有高位都用 0xF 的按位 OR-NOT 设置。这使得结果的符号正确。

如果wrLine 为 0，则减去 1 的值将提升为有符号的int 类型，计算结果为 -1。以上计算-1 % 16 = -1。当 -1 存储在无符号短整数中时，结果为 0xFFFF。

如果wrLine 是 15，加 1 计算 16，16 % 16 = 0。

【讨论】：

我是说我得到 0xFFFF 因为这是变量存储在其中的内容以及执行后的断点。
我错过了您使用 short 的事实。数值提升有这样的效果。

【解决方案3】：

试试这个改变

unsigned short wrLine;
unsigned short prev = ((unsigned short)(wrLine - 1) % 16);
wrLine = (wrLine + 1) % 16;

或者更好（因为它适用于 FIFO_SIZE 的所有值）。

int wrLine;
int prev = wrLine-1; if (prev<0) prev = FIFO_SIZE-1;
wrLine++; if (wrLine >= FIFO_SIZE) wrLine = 0;

% 很昂贵，因为它涉及除法。 & 更快，但它只适用于 2 的幂。

根据您的架构，条件分支可能有成本，也可能没有成本（8051 微控制器的分支成本并不高，而 x86/x64 处理器需要担心更深的管道和缓存未命中）。但是，拥有可以工作（并且不容易破坏）的代码总是比不工作的代码更好。

【讨论】：

【解决方案4】：

我有两个建议。对于这个问题，任何一个都可以。二次除数的最快速度是：

wrLine = (wrLine - 1)&(16-1); /* (wrLine + 1) mod 16 */

尽管有 JG 的评论，这 (a) 始终有效，并且 (b) 在 wrLine 签名时将永远由编译器生成。另一种方法是从不减去。而是使用：

wrLine = (wrLine + 16 - 1)%16;

只要 wrLine 最初不是负数，就不会产生负数结果。这是当除数不是 2 的幂时使用的模式。

我正在回答一个问题，该问题的答案可能对提问者来说已经足够好，但一般来说这个答案并不好。 only 转换为无符号值的建议适用于二的幂除数。从有符号到无符号的转换（在数值上）相当于添加 2 的大幂。这相当于仅当除数等于或小于 2 的幂时才添加 0。

例如：

printf("-1 % 23U = %d", -1 % 16U);

产生：

-1 % 23U = 15

...这显然不是 22。我所知道的 (a mod b) 最简洁的表达方式之一是：

(a%b + b)%b /* when b>0 */
(a%b - b)%b /* when b<0 */

这些涉及两个部门，因此使用 if 或 if-else 的更长解决方案会运行得更快。答案顶部的解决方案将处理所有模减固定量的情况。

【讨论】：