使用与运算优化对2^n数的取模

适用场景:对2的幂进行取模。

代码

这是一个来自coolshell的代码
代码本身很简单,就是遍历一个整型数组,每16个值自增1,当遍历到最后一个值,就重头开始。因为要从头开始,所以在遍历的循环中,需要用对数组长度行取模。

int steps = 64 * 1024 * 1024;
// Arbitrary number of steps
int lengthMod = arr.Length - 1;
for (int i = 0; i < steps; i++)
{
    arr[(i * 16) & lengthMod]++;   // (x & lengthMod) is equal to (x % arr.Length)
}

分析

注释中提到 (x & lengthMod) is equal to (x % arr.Length)
第一次见到这种优化,各种查资料才发现,其实这个有一个条件,即通常只有模去 2^n 才好直接用位运算做,x mod 2^n = x & (2^n-1)

至于原理,换算成二进制一切都清楚了。

IP地址掩码

类似IP地址,我们可以将其拆解成二进制。
IP地址掩码

二进制位移

二进制的左右位移,对应的是乘2和除2的操作。
左移动和右移动

原理

回到上面的代码,我们可以发现,因为除数是2^n,那么它二进制是一个1000..0(n个0)的形式。x在从n位(从右往左数)开始必然是2^n的倍数。取模的话,就是从右往左数n-1位的值。所以,让x^n-1使得那块全变为1,然后进行与运算,就得到模值了。

相对于通常的取模,位运算会更快。这是个不错的优化。

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