例如，乘法和除法可以使用位运算符来实现
i*2 = i<<1
i*3 = (i<<1) + i;
i*10 = (i<<3) + (i<<1)
等等。
用say (i<<3)+(i<<1)乘10是否比直接用i*10更快?有没有什么输入是不能用这种方法乘或除的?
当前回答
我同意德鲁·霍尔的明确回答。不过，答案可能需要一些额外的注释。
对于绝大多数软件开发人员来说，处理器和编译器已经不再与问题相关。我们大多数人远远超出了8088和MS-DOS。它可能只与那些仍在开发嵌入式处理器的人有关……
在我的软件公司，Math (add/sub/mul/div)应该用于所有数学。 当数据类型之间转换时应该使用Shift。字节长度为n>>8，而不是n/256。
其他回答
有些优化编译器无法做到，因为它们只适用于减少的输入集。
下面是c++示例代码，可以执行更快的除法，执行64位“乘倒数”。分子和分母都必须低于某个阈值。注意，它必须被编译为使用64位指令才能比普通除法更快。
#include <stdio.h>
#include <chrono>
static const unsigned s_bc = 32;
static const unsigned long long s_p = 1ULL << s_bc;
static const unsigned long long s_hp = s_p / 2;
static unsigned long long s_f;
static unsigned long long s_fr;
static void fastDivInitialize(const unsigned d)
{
s_f = s_p / d;
s_fr = s_f * (s_p - (s_f * d));
}
static unsigned fastDiv(const unsigned n)
{
return (s_f * n + ((s_fr * n + s_hp) >> s_bc)) >> s_bc;
}
static bool fastDivCheck(const unsigned n, const unsigned d)
{
// 32 to 64 cycles latency on modern cpus
const unsigned expected = n / d;
// At least 10 cycles latency on modern cpus
const unsigned result = fastDiv(n);
if (result != expected)
{
printf("Failed for: %u/%u != %u\n", n, d, expected);
return false;
}
return true;
}
int main()
{
unsigned result = 0;
// Make sure to verify it works for your expected set of inputs
const unsigned MAX_N = 65535;
const unsigned MAX_D = 40000;
const double ONE_SECOND_COUNT = 1000000000.0;
auto t0 = std::chrono::steady_clock::now();
unsigned count = 0;
printf("Verifying...\n");
for (unsigned d = 1; d <= MAX_D; ++d)
{
fastDivInitialize(d);
for (unsigned n = 0; n <= MAX_N; ++n)
{
count += !fastDivCheck(n, d);
}
}
auto t1 = std::chrono::steady_clock::now();
printf("Errors: %u / %u (%.4fs)\n", count, MAX_D * (MAX_N + 1), (t1 - t0).count() / ONE_SECOND_COUNT);
t0 = t1;
for (unsigned d = 1; d <= MAX_D; ++d)
{
fastDivInitialize(d);
for (unsigned n = 0; n <= MAX_N; ++n)
{
result += fastDiv(n);
}
}
t1 = std::chrono::steady_clock::now();
printf("Fast division time: %.4fs\n", (t1 - t0).count() / ONE_SECOND_COUNT);
t0 = t1;
count = 0;
for (unsigned d = 1; d <= MAX_D; ++d)
{
for (unsigned n = 0; n <= MAX_N; ++n)
{
result += n / d;
}
}
t1 = std::chrono::steady_clock::now();
printf("Normal division time: %.4fs\n", (t1 - t0).count() / ONE_SECOND_COUNT);
getchar();
return result;
}
我同意德鲁·霍尔的明确回答。不过，答案可能需要一些额外的注释。
对于绝大多数软件开发人员来说，处理器和编译器已经不再与问题相关。我们大多数人远远超出了8088和MS-DOS。它可能只与那些仍在开发嵌入式处理器的人有关……
在我的软件公司，Math (add/sub/mul/div)应该用于所有数学。 当数据类型之间转换时应该使用Shift。字节长度为n>>8，而不是n/256。
这完全取决于目标设备、语言、目的等。
像素压缩显卡驱动程序?很有可能，是的!
.NET业务应用程序为您的部门?根本没必要去调查。
对于一款面向移动设备的高性能游戏来说，这可能是值得一试的，但前提是要进行更简单的优化。
我也想看看我能不能打败房子。这是一个更通用的任意数乘任意数的位乘法。我做的宏比普通的乘法要慢25%到两倍。正如其他人所说，如果它接近2的倍数或由几个2的倍数组成，你可能会赢。比如由(X<<4)+(X<<2)+(X<<1)+X组成的X*23要比由(X<<6)+X组成的X*65慢。
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#define MULTIPLYINTBYMINUS(X,Y) (-((X >> 30) & 1)&(Y<<30))+(-((X >> 29) & 1)&(Y<<29))+(-((X >> 28) & 1)&(Y<<28))+(-((X >> 27) & 1)&(Y<<27))+(-((X >> 26) & 1)&(Y<<26))+(-((X >> 25) & 1)&(Y<<25))+(-((X >> 24) & 1)&(Y<<24))+(-((X >> 23) & 1)&(Y<<23))+(-((X >> 22) & 1)&(Y<<22))+(-((X >> 21) & 1)&(Y<<21))+(-((X >> 20) & 1)&(Y<<20))+(-((X >> 19) & 1)&(Y<<19))+(-((X >> 18) & 1)&(Y<<18))+(-((X >> 17) & 1)&(Y<<17))+(-((X >> 16) & 1)&(Y<<16))+(-((X >> 15) & 1)&(Y<<15))+(-((X >> 14) & 1)&(Y<<14))+(-((X >> 13) & 1)&(Y<<13))+(-((X >> 12) & 1)&(Y<<12))+(-((X >> 11) & 1)&(Y<<11))+(-((X >> 10) & 1)&(Y<<10))+(-((X >> 9) & 1)&(Y<<9))+(-((X >> 8) & 1)&(Y<<8))+(-((X >> 7) & 1)&(Y<<7))+(-((X >> 6) & 1)&(Y<<6))+(-((X >> 5) & 1)&(Y<<5))+(-((X >> 4) & 1)&(Y<<4))+(-((X >> 3) & 1)&(Y<<3))+(-((X >> 2) & 1)&(Y<<2))+(-((X >> 1) & 1)&(Y<<1))+(-((X >> 0) & 1)&(Y<<0))
#define MULTIPLYINTBYSHIFT(X,Y) (((((X >> 30) & 1)<<31)>>31)&(Y<<30))+(((((X >> 29) & 1)<<31)>>31)&(Y<<29))+(((((X >> 28) & 1)<<31)>>31)&(Y<<28))+(((((X >> 27) & 1)<<31)>>31)&(Y<<27))+(((((X >> 26) & 1)<<31)>>31)&(Y<<26))+(((((X >> 25) & 1)<<31)>>31)&(Y<<25))+(((((X >> 24) & 1)<<31)>>31)&(Y<<24))+(((((X >> 23) & 1)<<31)>>31)&(Y<<23))+(((((X >> 22) & 1)<<31)>>31)&(Y<<22))+(((((X >> 21) & 1)<<31)>>31)&(Y<<21))+(((((X >> 20) & 1)<<31)>>31)&(Y<<20))+(((((X >> 19) & 1)<<31)>>31)&(Y<<19))+(((((X >> 18) & 1)<<31)>>31)&(Y<<18))+(((((X >> 17) & 1)<<31)>>31)&(Y<<17))+(((((X >> 16) & 1)<<31)>>31)&(Y<<16))+(((((X >> 15) & 1)<<31)>>31)&(Y<<15))+(((((X >> 14) & 1)<<31)>>31)&(Y<<14))+(((((X >> 13) & 1)<<31)>>31)&(Y<<13))+(((((X >> 12) & 1)<<31)>>31)&(Y<<12))+(((((X >> 11) & 1)<<31)>>31)&(Y<<11))+(((((X >> 10) & 1)<<31)>>31)&(Y<<10))+(((((X >> 9) & 1)<<31)>>31)&(Y<<9))+(((((X >> 8) & 1)<<31)>>31)&(Y<<8))+(((((X >> 7) & 1)<<31)>>31)&(Y<<7))+(((((X >> 6) & 1)<<31)>>31)&(Y<<6))+(((((X >> 5) & 1)<<31)>>31)&(Y<<5))+(((((X >> 4) & 1)<<31)>>31)&(Y<<4))+(((((X >> 3) & 1)<<31)>>31)&(Y<<3))+(((((X >> 2) & 1)<<31)>>31)&(Y<<2))+(((((X >> 1) & 1)<<31)>>31)&(Y<<1))+(((((X >> 0) & 1)<<31)>>31)&(Y<<0))
int main()
{
int randomnumber=23;
int randomnumber2=23;
int checknum=23;
clock_t start, diff;
srand(time(0));
start = clock();
for(int i=0;i<1000000;i++)
{
randomnumber = rand() % 10000;
randomnumber2 = rand() % 10000;
checknum=MULTIPLYINTBYMINUS(randomnumber,randomnumber2);
if (checknum!=randomnumber*randomnumber2)
{
printf("s %i and %i and %i",checknum,randomnumber,randomnumber2);
}
}
diff = clock() - start;
int msec = diff * 1000 / CLOCKS_PER_SEC;
printf("MULTIPLYINTBYMINUS Time %d milliseconds", msec);
start = clock();
for(int i=0;i<1000000;i++)
{
randomnumber = rand() % 10000;
randomnumber2 = rand() % 10000;
checknum=MULTIPLYINTBYSHIFT(randomnumber,randomnumber2);
if (checknum!=randomnumber*randomnumber2)
{
printf("s %i and %i and %i",checknum,randomnumber,randomnumber2);
}
}
diff = clock() - start;
msec = diff * 1000 / CLOCKS_PER_SEC;
printf("MULTIPLYINTBYSHIFT Time %d milliseconds", msec);
start = clock();
for(int i=0;i<1000000;i++)
{
randomnumber = rand() % 10000;
randomnumber2 = rand() % 10000;
checknum= randomnumber*randomnumber2;
if (checknum!=randomnumber*randomnumber2)
{
printf("s %i and %i and %i",checknum,randomnumber,randomnumber2);
}
}
diff = clock() - start;
msec = diff * 1000 / CLOCKS_PER_SEC;
printf("normal * Time %d milliseconds", msec);
return 0;
}
如果在gcc编译器上比较x+x, x*2和x<<1语法的输出，那么在x86汇编中会得到相同的结果:https://godbolt.org/z/JLpp0j
push rbp
mov rbp, rsp
mov DWORD PTR [rbp-4], edi
mov eax, DWORD PTR [rbp-4]
add eax, eax
pop rbp
ret
因此，您可以认为gcc足够聪明，可以独立于您输入的内容确定自己的最佳解决方案。