哪个操作需要更多的CPU时钟周期，取模还是比较？

Question

求模运算和比较运算，哪一个需要更多的 CPU 时钟？

这段代码会花费更多的时间吗：

for(j = i; j <= 10; j++)
{
   if(j == 10) printf("0");
   else printf("%d", j);
}

或者这个

for(j = i; j <= 10; j++)     
   printf("%d", j % 10);

为什么？

- mannuscript

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如果您想比较汇编代码，可以反汇编可执行文件（或使用gcc -S）并检查代码，还可以使用优化标志。 - Grijesh Chauhan

基本上是一样的，因为printf()函数会占用99%的时间。如果你清理掉它，@Javier的答案是正确的。 - Gangnus

Answer 1

如果以CPU周期计算，取模运算可能需要更多的周期；这可能取决于CPU。然而，使用现代处理器来衡量性能不是很好的方法，因为这些处理器可以同时运行多个指令（流水线），拥有多层缓存等。在这种情况下，添加一个额外的测试将意味着增加一个分支，这可能在时间上更重要（即影响指令流水线）。唯一确定的方法是进行优化编译并计时。

我知道你的例子只是一个例子，但这也说明了“过早优化”的问题。调用printf的时间比取模或比较操作长得多。如果你想优化你的例子，你可以写成：

printf ("1234567890");

- abligh

Answer 2

比较是一种简单的操作，通常会更快（CPU可以在位上使用逻辑运算符）。

如果对一个不是2的幂次方的数字进行模数运算，则CPU必须执行除法，这可能是一种相当昂贵的操作（当然这取决于您使用的数字的大小）。

说到CPU时钟，比较可以并行进行，因为您可以只使用“ xor”操作，所以执行“ x == 10”或“ x == 200000”将花费相同小的CPU时钟。但对于除法来说，这是不可能的，并且一个更大的数字需要更多时间。

- fede1024

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在许多处理器上，比较操作会将其结果写入全局寄存器，这会阻止它们与使用该寄存器的其他指令并行执行。一些处理器会对该寄存器进行分区或提供“重命名”，从而允许一定程度的并行性。然而，即使有了这个，比较方法仍需要一个分支，而分支不仅不能并行化，还会中断指令预取和推测执行。 - Eric Postpischil

除法比加、减、乘更为复杂，相比之下，如果我理解正确，它需要多个周期。我认为模运算可能是芯片中构建除法的基础。如果可以用减法和乘法代替，请这样做。CPU周期请参考此处：https://embeddedgurus.com/stack-overflow/2011/02/efficient-c-tip-13-use-the-modulus-operator-with-caution/ - Tomachi

Answer 3

在汇编语言中，取模操作意味着一种“从未如此简单”的乘法。可以参考一些算法。 分支操作实际上是第二快的指令（跳转是第一），因为只需要最多一个减法来进行比较。

- Javier

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还有一个除法，也是 :-) - Gangnus