C++获取整数除法和余数的最佳方法

Question

C++获取整数除法和余数的最佳方法

132

我在想，如果我想将a除以b，并且对结果c和余数感兴趣（例如，假设我有一些秒数，想将其分成分钟和秒），那么最好的方法是什么？

是否应该这样做：

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

或者

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

或者

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

或者

也许有一个神奇的函数可以同时给出两者?

- Cookie

7

下面的所有答案都看起来很合理，我只想补充一点，任何对“double”进行修改的操作（你提到的最后一项）在我看来似乎是个坏主意，你最终会得到不对齐的数字，这可能会影响性能和可执行文件大小（在某些嵌入式系统上一直是我的问题）。 - nhed

2

第三个选项是不好的选择：如果tmp = 54.999999999999943157怎么办？因此，旧式转换永远不是明智的做法。 - jimifiki

9个回答

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std::div 返回一个结构体，其中包含商和余数。

- pezcode

5

我很好奇这个方法是否比现代编译器的选项1更有效率。 - Greg Howell

2

很好，我不知道。它更快吗？ - user180326

4

看起来很高效。cppreference 上说，“在许多平台上，一个单独的 CPU 指令可以同时获得商和余数，该函数可能会利用这一点，尽管编译器通常能够合并适当的相邻的 / 和 %。” - Dilawar

6

我不关心它是否更快。更易读才是关键。同时使用/和%运算符，你将会有代码重复或需要额外的变量来存放被除数和除数，并且缺乏经验的读者可能会问：这段代码会被优化吗？使用std::div能够使代码更加清晰，减少歧义和冗余。通过使用结构化绑定，可以非常优雅地实现：const auto [q, r] = std::div(divisor, dividend); - pasbi

2

@pasbi，文档明确规定不要假设商和余数的特定内存顺序。 - William Cushing

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在至少x86架构上，g++ 4.6.1 只使用IDIVL指令，并从该指令中获取两个值。

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

- Peter Alexander

顺序重要吗？例如，如果您正在迭代 /=，您可能需要使用临时变量来保持除法优先。 - AnnanFay

@Annan 那时候不重要，现在也不重要。编译器足够聪明，可以重新排序。 - user11877195

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测试div()和组合除法与取模的示例代码。我使用gcc -O3编译了这些代码，必须添加对doNothing的调用以防止编译器将所有内容优化掉（使用除法+取模解决方案的输出将为0）。

请持保留态度：

#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

- Greg Howell

6

除了上述的 std::div 函数族之外，还有 std::remquo 函数族，通过传入指针来返回余数和商。

[编辑:] 看起来 std::remquo 实际上并没有返回商。

- Jamin Grey

4

你不能在32位英特尔平台上使用g++ 4.6.3对64位整数进行信任。 a/b是通过调用divdi3来计算的，而a％b是通过调用moddi3来计算的。我甚至可以举出一个例子，使用这些调用计算a/b和a-b*(a/b)。因此，我使用c=a/b和a-b*c。

在64位intel / amd平台上有硬件支持的情况下，div方法会调用一个函数来计算div结构，但是在这些平台上调用函数似乎不太有效率。

- brac37

4

其他条件相同的情况下，最好的解决方案是能够清晰表达您意图的方案。因此：

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

你提供的三个选项中，div 方法可能是最好的选择。但需要注意的是，div 方法会同时计算这两个值，这一点在其他回答中也有提到。

- Jon

-1

许多答案建议使用以下代码：

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

然而，值得记住的是，除法与乘法、加法相比需要更长时间来执行（据我所知，相当于数十个时钟周期与一个时钟周期）。如果您需要重复计算模和除法，则应该使用以下方法将两个除法替换为一个除法、一个乘法和一个加法：

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

- Alexey Ismagilov

3

我使用 gcc -S -O3 检查了两个建议，并且编译器能够将它们优化为相同的汇编代码。 - Michael Kotzjan

编译器很棒 :) - Michael Kotzjan

2

没有。谁写的很棒 :) - Alexey Ismagilov

1

@AlexeyIsmagilov，你的函数体已经被优化了（因为它什么也没做），看这里，结果是不同的。 - 0dminnimda

1

但是@MichaelKotzjan是正确的，请看结果。 - 0dminnimda

-5

你可以使用模数来获取余数。虽然@cnicutar的答案似乎更简洁/直接。

- Sinthet

2

是的，原帖作者使用了模数运算符，问题在于如何使其更高效。 - Mark Lakata

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可以查看英文原文，
原文链接

- cnicutar · Accepted Answer

在x86架构中，余数是除法本身的副产品，因此任何像样的编译器都应该能够直接使用它（而不进行

div

）。其他架构可能也会这样做。

指令：DIV src

注意：无符号除法。将累加器（AX）除以“src”。如果被除数是一个字节值，则结果放在AL中，余数放在AH中。如果被除数是一个字值，则DX:AX被“src“除，结果存储在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. */