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c++ - 在 C/C++ 中使用 % (模数)有什么替代方法吗?

coder 2023-05-02 原文

我曾经在某处读到,模数运算符在小型嵌入式设备上效率低下,例如没有整数除法指令的 8 位微 Controller 。也许有人可以证实这一点,但我认为差异比整数除法运算慢 5-10 倍。

除了保留一个计数器变量并在 mod 点手动溢出到 0 之外,还有其他方法吗?

const int FIZZ = 6;
for(int x = 0; x < MAXCOUNT; x++)
{
    if(!(x % FIZZ)) print("Fizz\n"); // slow on some systems
}

对比:

我目前的做法:

const int FIZZ = 6;
int fizzcount = 1;
for(int x = 1; x < MAXCOUNT; x++)
{
    if(fizzcount >= FIZZ) 
    {
        print("Fizz\n");
        fizzcount = 0;
    }
}

最佳答案

啊,按位算术的乐趣。许多除法例程的副作用是模数 - 因此在少数情况下除法实际上应该比模数更快。我有兴趣查看您从中获得此信息的来源。具有乘法器的处理器使用乘法器具有有趣的除法例程,但是您可以通过另外两个步骤(乘法和减法)从除法结果到模数,因此它仍然具有可比性。如果处理器具有内置除法例程,您可能会看到它还提供余数。

不过,数论的一个小分支致力于 Modular Arithmetic如果您真的想了解如何优化模数运算,则需要研究。例如,模块化算术对于生成 magic squares 非常方便。 .

因此,在这种情况下,这里是 very low level look在以 x 为例的模数数学中,它应该向您展示它与除法相比有多简单:


也许考虑问题的更好方法是从数字的角度 基数和模数运算。例如,您的目标是计算 DOW mod 7 其中 DOW 是当天的 16 位表示 星期。你可以这样写:

 DOW = DOW_HI*256 + DOW_LO

 DOW%7 = (DOW_HI*256 + DOW_LO) % 7
       = ((DOW_HI*256)%7  + (DOW_LO % 7)) %7
       = ((DOW_HI%7 * 256%7)  + (DOW_LO%7)) %7
       = ((DOW_HI%7 * 4)  + (DOW_LO%7)) %7

以这种方式表示,您可以单独计算模7 高字节和低字节的结果。将结果乘以高 4并将其与低位相加,最后以7为模计算结果。

计算一个 8 位数的 mod 7 结果可以在一个 类似的时尚。你可以像这样用八进制写一个 8 位数字:

  X = a*64 + b*8 + c

其中 a、b 和 c 是 3 位数字。

  X%7 = ((a%7)*(64%7) + (b%7)*(8%7) + c%7) % 7
      = (a%7 + b%7 + c%7) % 7
      = (a + b + c) % 7

因为 64%7 = 8%7 = 1

当然,a、b、c 是

  c = X & 7
  b = (X>>3) & 7
  a = (X>>6) & 7  // (actually, a is only 2-bits).

a+b+c 的最大可能值为 7+7+3 = 17。所以,你需要 又是八进制的一步。完整的(未经测试的)C 版本可能是 写成这样:

unsigned char Mod7Byte(unsigned char X)
{
    X = (X&7) + ((X>>3)&7) + (X>>6);
    X = (X&7) + (X>>3);

    return X==7 ? 0 : X;
}

我花了一些时间写了一个 PIC 版本。实际执行 与上面描述的略有不同

Mod7Byte:
       movwf        temp1        ;
       andlw        7        ;W=c
       movwf        temp2        ;temp2=c
       rlncf   temp1,F        ;
       swapf        temp1,W ;W= a*8+b
       andlw   0x1F
       addwf        temp2,W ;W= a*8+b+c
       movwf        temp2   ;temp2 is now a 6-bit number
       andlw   0x38    ;get the high 3 bits == a'
       xorwf        temp2,F ;temp2 now has the 3 low bits == b'
       rlncf   WREG,F  ;shift the high bits right 4
       swapf   WREG,F  ;
       addwf        temp2,W ;W = a' + b'

 ; at this point, W is between 0 and 10


       addlw        -7
       bc      Mod7Byte_L2
Mod7Byte_L1:
       addlw        7
Mod7Byte_L2:
       return

这是一个测试算法的小程序

       clrf    x
       clrf    count

TestLoop:
       movf        x,W
       RCALL   Mod7Byte
       cpfseq count
        bra    fail

       incf        count,W
       xorlw   7
       skpz
        xorlw        7
       movwf   count

       incfsz        x,F
       bra        TestLoop
passed:

最后,对于 16 位结果(我没有测试过),你可以 写:

uint16 Mod7Word(uint16 X)
{
 return Mod7Byte(Mod7Byte(X & 0xff) + Mod7Byte(X>>8)*4);
}

斯科特


关于c++ - 在 C/C++ 中使用 % (模数)有什么替代方法吗?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/48053/

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