我注意到gnu-GMP的标准指数平方算法有些奇怪:

我实现了两个几乎相同的函数——一个是幂模函数，使用最普通的二进制指数平方算法，

标签______2 ()

然后另一个基本相同的概念，但重新映射为每轮除以10，而不是除以2，

标签______10 ()

.

 ( time ( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE0 | 

gawk -Mbe '
function ______10(_, __, ___, ____, _____, _______) {
      __ = +__
    ____ = (____+=_____=____^= \
           (_ %=___=+___)<_)+____++^____—

    while (__) {
        if (_______= __%____) {
            if (__==_______) {
                return (_^__ *_____) %___
            }
            __-=_______
            _____ = (_^_______*_____) %___
        }
        __/=____
        _ = _^____%___
    }
}
function ______2(_, __, ___, ____, _____) {
    __=+__
    ____+=____=_____^=(_%=___=+___)<_
    while (__) {
        if (__ %____) {
            if (__<____) {
                return (_*_____) %___
            }
            _____ = (_____*_) %___
            --__
        }
        __/=____
        _= (_*_) %___
    }
} 
BEGIN {
    OFMT = CONVFMT = "%.250g"

    __ = (___=_^= FS=OFS= "=")(_<_)

    _____ = __^(_=3)^--_ * ++_-(_+_)^_
    ______ = _^(_+_)-_ + _^!_

    _______ = int(______*_____)
    ________ = 10 ^ 5 + 1
    _________ = 8 ^ 4 * 2 - 1
}

GNU Awk 5.1.1, API: 3.1 (GNU MPFR 4.1.0, GNU MP 6.2.1)

.

($ + + NF = ______10(_ = ___美元,NR %________ +_________,_______*(_- 11))) ^ !___“

     out9: 48.4MiB 0:00:08 [6.02MiB/s] [6.02MiB/s] [ <=> ]
      in0: 15.6MiB 0:00:08 [1.95MiB/s] [1.95MiB/s] [ <=> ]
( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE 0.1 in0 | gawk -Mbe ; )  

8.31s user 0.06s system 103% cpu 8.058 total
ffa16aa937b7beca66a173ccbf8e1e12  stdin

($ + + NF = ______ 2(_ = ___美元,NR %________ +_________,_______*(_- 11))) ^ !___“

     out9: 48.4MiB 0:00:12 [3.78MiB/s] [3.78MiB/s] [<=> ]
      in0: 15.6MiB 0:00:12 [1.22MiB/s] [1.22MiB/s] [ <=> ]
( jot - 1456 9999999999 6671 | pvE 0.1 in0 | gawk -Mbe ; )  

13.05s user 0.07s system 102% cpu 12.821 total
ffa16aa937b7beca66a173ccbf8e1e12  stdin

由于一些非常违反直觉和我不知道的原因，对于我投入的各种各样的输入，div-10变体几乎总是更快。这是两个哈希值之间的匹配，这让它真正令人困惑，尽管计算机显然没有内置在10进制的范例中。

我是否在代码/方法中遗漏了一些关键或明显的东西，可能会以令人困惑的方式歪曲结果?谢谢。

平方求幂。

int ipow(int base, int exp)
{
    int result = 1;
    for (;;)
    {
        if (exp & 1)
            result *= base;
        exp >>= 1;
        if (!exp)
            break;
        base *= base;
    }

    return result;
}

这是在非对称密码学中对大数进行模求幂的标准方法。

一种非常特殊的情况是，当你需要2^(-x ^ y)时，其中x当然是负的y太大了，不能对int型进行移位。你仍然可以用浮点数在常数时间内完成2^x。

struct IeeeFloat
{

    unsigned int base : 23;
    unsigned int exponent : 8;
    unsigned int signBit : 1;
};


union IeeeFloatUnion
{
    IeeeFloat brokenOut;
    float f;
};

inline float twoToThe(char exponent)
{
    // notice how the range checking is already done on the exponent var 
    static IeeeFloatUnion u;
    u.f = 2.0;
    // Change the exponent part of the float
    u.brokenOut.exponent += (exponent - 1);
    return (u.f);
}

使用double作为基底类型，可以得到更多的2的幂。 (非常感谢评论者帮助整理这篇文章)。

还有一种可能性是，学习更多关于IEEE浮点数的知识，其他幂运算的特殊情况可能会出现。

除了Elias的答案，当使用有符号整数实现时，会导致未定义行为，当使用无符号整数实现时，会导致高输入的不正确值，

下面是平方求幂的修改版本，它也适用于有符号整数类型，并且不会给出错误的值:

#include <stdint.h>

#define SQRT_INT64_MAX (INT64_C(0xB504F333))

int64_t alx_pow_s64 (int64_t base, uint8_t exp)
{
    int_fast64_t    base_;
    int_fast64_t    result;

    base_   = base;

    if (base_ == 1)
        return  1;
    if (!exp)
        return  1;
    if (!base_)
        return  0;

    result  = 1;
    if (exp & 1)
        result *= base_;
    exp >>= 1;
    while (exp) {
        if (base_ > SQRT_INT64_MAX)
            return  0;
        base_ *= base_;
        if (exp & 1)
            result *= base_;
        exp >>= 1;
    }

    return  result;
}

使用该函数的注意事项:

(1 ** N) == 1
(N ** 0) == 1
(0 ** 0) == 1
(0 ** N) == 0

如果将发生任何溢出或换行，则返回0;

I used int64_t, but any width (signed or unsigned) can be used with little modification. However, if you need to use a non-fixed-width integer type, you will need to change SQRT_INT64_MAX by (int)sqrt(INT_MAX) (in the case of using int) or something similar, which should be optimized, but it is uglier, and not a C constant expression. Also casting the result of sqrt() to an int is not very good because of floating point precission in case of a perfect square, but as I don't know of any implementation where INT_MAX -or the maximum of any type- is a perfect square, you can live with that.

如果您在编译时知道指数(并且它是一个整数)，您可以使用模板展开循环。这可以更有效，但我想在这里演示基本原则:

#include <iostream>

template<unsigned long N>
unsigned long inline exp_unroll(unsigned base) {
    return base * exp_unroll<N-1>(base);
}

我们使用模板特化来终止递归:

template<>
unsigned long inline exp_unroll<1>(unsigned base) {
    return base;
}

指数需要在运行时已知，

int main(int argc, char * argv[]) {
    std::cout << argv[1] <<"**5= " << exp_unroll<5>(atoi(argv[1])) << ;std::endl;
}

更一般的解决方案考虑负指数

private static int pow(int base, int exponent) {

    int result = 1;
    if (exponent == 0)
        return result; // base case;

    if (exponent < 0)
        return 1 / pow(base, -exponent);
    int temp = pow(base, exponent / 2);
    if (exponent % 2 == 0)
        return temp * temp;
    else
        return (base * temp * temp);
}