Question

我想用2的幂执行有符号整数按位除法。但是，我遇到了几个问题。我只是想知道是否有人可以帮助我。

首先，我尝试单独使用位移：

int result = number >> n;

但是，当我尝试划分负数时，我遇到了问题。（它总是用一个更大幅度的数字来围绕。例如：-9 / 4 = -3而不是-2。所以，我在互联网上看这个问题，最终得到了这个解决方案：

int result = (number + (1<<n)-1) >> n;

然而，当我尝试11/4 = 3而不是2

时

有什么建议吗？我只能用！〜＆amp; ^ | +＆lt;＆lt; ＆GT;＆GT; （没有循环或if / switch允许）

Answer 1

以下方法很糟糕，因为它依赖于：

负整数的右移是算术移位（可能不是这种情况）
签名的整数是2的补码表示（极少数情况可能不是这样）
整数没有任何填充位（现代CPU上的这些天你不会找到填充位，尽管标准允许它们的存在）

由于有符号整数溢出，它可能会导致某些股息（例如INT_MIN）的未定义行为。

因此它不便携，不能保证始终有效。你被警告了。

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int DivByShifting1(int n, unsigned shift)
{
  int sgn = n >> ((sizeof(int) * CHAR_BIT) - 1);
  return ((((n + sgn) ^ sgn) >> shift) + sgn) ^ sgn;
}

int main(void)
{
  int n, s;
  for (n = -10; n <= 10; n++)
    for (s = 0; s <= 4; s++)
      printf("%d / %d = %d\n", n, 1 << s, DivByShifting1(n, s));
  return 0;
}

输出（ideone）：

-10 / 1 = -10
-10 / 2 = -5
-10 / 4 = -2
-10 / 8 = -1
-10 / 16 = 0
-9 / 1 = -9
-9 / 2 = -4
-9 / 4 = -2
-9 / 8 = -1
-9 / 16 = 0
-8 / 1 = -8
-8 / 2 = -4
-8 / 4 = -2
-8 / 8 = -1
-8 / 16 = 0
-7 / 1 = -7
-7 / 2 = -3
-7 / 4 = -1
-7 / 8 = 0
-7 / 16 = 0
-6 / 1 = -6
-6 / 2 = -3
-6 / 4 = -1
-6 / 8 = 0
-6 / 16 = 0
-5 / 1 = -5
-5 / 2 = -2
-5 / 4 = -1
-5 / 8 = 0
-5 / 16 = 0
-4 / 1 = -4
-4 / 2 = -2
-4 / 4 = -1
-4 / 8 = 0
-4 / 16 = 0
-3 / 1 = -3
-3 / 2 = -1
-3 / 4 = 0
-3 / 8 = 0
-3 / 16 = 0
-2 / 1 = -2
-2 / 2 = -1
-2 / 4 = 0
-2 / 8 = 0
-2 / 16 = 0
-1 / 1 = -1
-1 / 2 = 0
-1 / 4 = 0
-1 / 8 = 0
-1 / 16 = 0
0 / 1 = 0
0 / 2 = 0
0 / 4 = 0
0 / 8 = 0
0 / 16 = 0
1 / 1 = 1
1 / 2 = 0
1 / 4 = 0
1 / 8 = 0
1 / 16 = 0
2 / 1 = 2
2 / 2 = 1
2 / 4 = 0
2 / 8 = 0
2 / 16 = 0
3 / 1 = 3
3 / 2 = 1
3 / 4 = 0
3 / 8 = 0
3 / 16 = 0
4 / 1 = 4
4 / 2 = 2
4 / 4 = 1
4 / 8 = 0
4 / 16 = 0
5 / 1 = 5
5 / 2 = 2
5 / 4 = 1
5 / 8 = 0
5 / 16 = 0
6 / 1 = 6
6 / 2 = 3
6 / 4 = 1
6 / 8 = 0
6 / 16 = 0
7 / 1 = 7
7 / 2 = 3
7 / 4 = 1
7 / 8 = 0
7 / 16 = 0
8 / 1 = 8
8 / 2 = 4
8 / 4 = 2
8 / 8 = 1
8 / 16 = 0
9 / 1 = 9
9 / 2 = 4
9 / 4 = 2
9 / 8 = 1
9 / 16 = 0
10 / 1 = 10
10 / 2 = 5
10 / 4 = 2
10 / 8 = 1
10 / 16 = 0

请注意，((sizeof(int) * CHAR_BIT) - 1)是一个编译时常量，因此可以允许*和-。

另一个版本非常相似，但不要求负整数的右移是算术移位而且没有有符号整数溢出（2的补码和填充位仍然是局限性的，但在今天几乎不存在实践）：

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <string.h>

int DivByShifting2(int n, unsigned shift)
{
  unsigned un = n;
  unsigned sgn = 1 + ~(un >> ((sizeof(int) * CHAR_BIT) - 1));
  un = ((((un + sgn) ^ sgn) >> shift) + sgn) ^ sgn;
  memcpy(&n, &un, sizeof n);
  return n;
}

int main(void)
{
  int n, s;
  for (n = -10; n <= 10; n++)
    for (s = 0; s <= 4; s++)
      printf("%d / %d = %d\n", n, 1 << s, DivByShifting2(n, s));
  return 0;
}

输出（ideone）：

-10 / 1 = -10
-10 / 2 = -5
-10 / 4 = -2
-10 / 8 = -1
-10 / 16 = 0
-9 / 1 = -9
-9 / 2 = -4
-9 / 4 = -2
-9 / 8 = -1
-9 / 16 = 0
-8 / 1 = -8
-8 / 2 = -4
-8 / 4 = -2
-8 / 8 = -1
-8 / 16 = 0
-7 / 1 = -7
-7 / 2 = -3
-7 / 4 = -1
-7 / 8 = 0
-7 / 16 = 0
-6 / 1 = -6
-6 / 2 = -3
-6 / 4 = -1
-6 / 8 = 0
-6 / 16 = 0
-5 / 1 = -5
-5 / 2 = -2
-5 / 4 = -1
-5 / 8 = 0
-5 / 16 = 0
-4 / 1 = -4
-4 / 2 = -2
-4 / 4 = -1
-4 / 8 = 0
-4 / 16 = 0
-3 / 1 = -3
-3 / 2 = -1
-3 / 4 = 0
-3 / 8 = 0
-3 / 16 = 0
-2 / 1 = -2
-2 / 2 = -1
-2 / 4 = 0
-2 / 8 = 0
-2 / 16 = 0
-1 / 1 = -1
-1 / 2 = 0
-1 / 4 = 0
-1 / 8 = 0
-1 / 16 = 0
0 / 1 = 0
0 / 2 = 0
0 / 4 = 0
0 / 8 = 0
0 / 16 = 0
1 / 1 = 1
1 / 2 = 0
1 / 4 = 0
1 / 8 = 0
1 / 16 = 0
2 / 1 = 2
2 / 2 = 1
2 / 4 = 0
2 / 8 = 0
2 / 16 = 0
3 / 1 = 3
3 / 2 = 1
3 / 4 = 0
3 / 8 = 0
3 / 16 = 0
4 / 1 = 4
4 / 2 = 2
4 / 4 = 1
4 / 8 = 0
4 / 16 = 0
5 / 1 = 5
5 / 2 = 2
5 / 4 = 1
5 / 8 = 0
5 / 16 = 0
6 / 1 = 6
6 / 2 = 3
6 / 4 = 1
6 / 8 = 0
6 / 16 = 0
7 / 1 = 7
7 / 2 = 3
7 / 4 = 1
7 / 8 = 0
7 / 16 = 0
8 / 1 = 8
8 / 2 = 4
8 / 4 = 2
8 / 8 = 1
8 / 16 = 0
9 / 1 = 9
9 / 2 = 4
9 / 4 = 2
9 / 8 = 1
9 / 16 = 0
10 / 1 = 10
10 / 2 = 5
10 / 4 = 2
10 / 8 = 1
10 / 16 = 0

@R ..正确地提醒可以通过添加0u（无符号0）来完成从signed int到unsigned int的转换。

他还提醒un可以直接返回，而不是memcpy()到n。转换应该是实现定义的，但在C的2的补码实现中，逐位复制实际上总是如此。

Answer 2

只需使用/运算符：

int result = number / (1 << n);

任何体面的编译器都会将此编译为最佳位移，并使用fixup来“舍入”否定结果。

Answer 3

也许这应该可以帮到你。

1）如果您使用/运算符，那么标准会说（ISO/IEC TR3 in 6.5.5 Multiplicative operators）/运算符的结果是来自分区的商第二个的第一个操作数。

2）如果您使用>>标准（ISO/IEC TR3 in 6.5.7） >>的结果，其中LHS操作数是有符号类型且为负，则结果值为implementation defined

所以/会根据需要为您提供结果。

但>>已签名＆amp;＆amp;负数取决于您的编译器。

Answer 4

从int div(int a){return a/4;}：

的反汇编来判断

leal 3(%rdi), %eax
testl %edi, %edi
cmovns %edi, %eax
sarl $2, %eax

当且仅当操作数为负时，必须通过(1<<n)-1调整操作数。

无条件的方法是使用sgn(a)*(abs(a)>>n);这两者都可以通过无分支bitmagic实现，依赖于实现定义的行为。

按位除法舍入到最接近的零

4 个答案: