有C語(yǔ)言程序員說(shuō)，使用移位操作代替乘除運(yùn)算效率更高，真的嗎？
在C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)中，一些移位操作似乎可以達(dá)到與乘除法操作一樣的效果。例如，4>>1 等于 2，此時(shí)右移一位相當(dāng)于除以 2。類似的，2<<1 等于 4，此時(shí)左移一位相當(dāng)于乘以 2。
因此，有些教材推薦使用移位操作代替乘除操作，稱可以為最終的C語(yǔ)言程序帶來(lái)效率上的提升，那么真的如此嗎?
移位代替乘除，C語(yǔ)言程序效率更高嗎?
得到答案最簡(jiǎn)單直接的方法是做實(shí)驗(yàn)，下面是兩段關(guān)于哈希算法的C語(yǔ)言程序，請(qǐng)看：
- unsigned int hash( char const* s )
- {
- unsigned h = 0;
- while ( *s != '\0' ) {
- h = 127 * h + (unsigned char)*s;
- ++ s;
- }
- return h;
- }
讀者應(yīng)將注意力放在h = 127 * h + (unsigned char)*s;一行，此時(shí)C語(yǔ)言代碼使用的是乘法操作。下面是另外一段C語(yǔ)言代碼，請(qǐng)看：
- unsigned int hash( char const* s )
- {
- unsigned h = 0;
- while ( *s != '\0' ) {
- h = (h << 7) - h + (unsigned char)*s;
- ++ s;
- }
- return h;
- }
唯一的區(qū)別就是使用 h<<7 移位操作代替了 127 * h 乘法操作
與前面那段C語(yǔ)言代碼相比，唯一的區(qū)別就是使用 h<<7 移位操作代替了 127 * h 乘法操作。在我的機(jī)器上，我測(cè)試了這兩段C語(yǔ)言代碼的效率，結(jié)果是兩者差不多快，有時(shí) 127 * h 版本的C語(yǔ)言代碼更快!
解析
C語(yǔ)言程序中，使用移位操作代替乘除操作更快嗎?現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題我們已經(jīng)有答案了：并不如此。原因在于C語(yǔ)言編譯器一般都會(huì)優(yōu)化我們的代碼，它知道如何盡可能快地增加目標(biāo)處理器體系結(jié)構(gòu)的能力，也即盡量生成盡可能快的程序。
因此作為C語(yǔ)言程序員，我們應(yīng)該做的是明確告訴編譯器我們的意圖(即到底是 i * 2，還是 i<<1)，讓它根據(jù)上下文決定如何產(chǎn)生更快的指令。
當(dāng)硬件不支持快速乘除法時(shí)，編譯器會(huì)將乘除法轉(zhuǎn)換為移位和加法/減法的適當(dāng)組合。因?yàn)樗牢覀兊淖罱K目的，所以有時(shí)候顯示的寫出移位代碼，倒不如直接告訴編譯器我們的目的，這樣才能得到盡可能快的C語(yǔ)言程序。
事實(shí)上，有時(shí)候簡(jiǎn)單的移位操作并不等同于乘除法，而且有些乘法并不能通過(guò)簡(jiǎn)單的移位實(shí)現(xiàn)，例如：
- -5 / 2 = -2
- -5 >> 1 = -3
- i*3 = (i<<1) + i
- i*10 = (i<<3) + (i<<1)
因此，使用移位操作代替乘除法操作可能會(huì)帶來(lái)預(yù)計(jì)之外的結(jié)果。而且有些移位組合也會(huì)讓同事難以理解這段C語(yǔ)言代碼的真實(shí)意圖，也不利于協(xié)作開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)。
小結(jié)
本節(jié)討論了C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)中，移位操作與乘除法操作的關(guān)系，并討論了它們之間的效率問(wèn)題。可以看出，我們并不需要糾結(jié)二者之間的取舍。事實(shí)上，考慮到代碼的易讀性和編譯器的優(yōu)化特性，我們應(yīng)該寫出“本意”代碼，即：希望實(shí)現(xiàn)乘除操作時(shí)，就寫出乘除代碼。希望實(shí)現(xiàn)移位操作時(shí)，就寫出移位代碼。
