Welche Option ist besser, um eine Ganzzahl durch 2 zu teilen?

Welche der folgenden Techniken ist die beste Option, um eine Ganzzahl durch 2 zu teilen, und warum?

Technik 1:

x = x >> 1;

Technik 2:

x = x / 2;

Hier xist eine ganze Zahl.

Verwenden Sie die Operation, die am besten beschreibt, was Sie versuchen.

• Wenn Sie die Zahl als eine Folge von Bits behandeln, verwenden Sie Bitshift.
• Wenn Sie es als numerischen Wert behandeln, verwenden Sie Division.

Beachten Sie, dass sie nicht genau gleichwertig sind. Sie können für negative ganze Zahlen unterschiedliche Ergebnisse liefern. Zum Beispiel:

-5 / 2  = -2
-5 >> 1 = -3

(ideone)

Sieht der erste nach Teilen aus? Nein. Wenn Sie teilen möchten, verwenden Sie x / 2. Der Compiler kann es optimieren, um wenn möglich eine Bitverschiebung zu verwenden (dies wird als Festigkeitsreduzierung bezeichnet), was es zu einer nutzlosen Mikrooptimierung macht, wenn Sie es alleine tun.

Zum Anhäufen: Es gibt so viele Gründe, die Verwendung zu bevorzugen. x = x / 2; Hier einige:

• es drückt Ihre Absicht klarer aus (vorausgesetzt, Sie haben es nicht mit Bit-Twiddling-Registerbits oder so zu tun)

• Der Compiler reduziert dies ohnehin auf eine Shift-Operation

• Selbst wenn der Compiler es nicht reduziert und eine langsamere Operation als die Verschiebung gewählt hat, ist die Wahrscheinlichkeit, dass dies die Leistung Ihres Programms messbar beeinflusst, selbst verschwindend gering (und wenn es messbar wirkt, haben Sie eine tatsächliche Grund für eine Schicht)

• Wenn die Division Teil eines größeren Ausdrucks sein soll, ist es wahrscheinlicher, dass Sie die richtige Priorität haben, wenn Sie den Divisionsoperator verwenden:

  x = x / 2 + 5;
  x = x >> 1 + 5;  // not the same as above

• Vorzeichenbehaftete Arithmetik kann die Dinge noch komplizierter machen als das oben erwähnte Vorrangproblem

• um es noch einmal zu wiederholen - der Compiler wird dies ohnehin schon für Sie tun. Tatsächlich wandelt es die Division durch eine Konstante in eine Reihe von Verschiebungen, Additionen und Multiplikationen für alle Arten von Zahlen um, nicht nur für Zweierpotenzen. In dieser Frage finden Sie Links zu weiteren Informationen dazu.

Kurz gesagt, Sie kaufen nichts, indem Sie eine Verschiebung codieren, wenn Sie wirklich multiplizieren oder dividieren möchten, außer vielleicht einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, einen Fehler einzuführen. Es ist ein Leben lang her, dass Compiler nicht klug genug waren, um solche Dinge gegebenenfalls auf eine Verschiebung zu optimieren.

Welches ist die beste Option und warum zum Teilen der Ganzzahl durch 2?

Kommt darauf an, was du am besten meinst .

Wenn Sie möchten, dass Ihre Kollegen Sie hassen oder Ihren Code schwer lesbar machen, würde ich definitiv die erste Option wählen.

Wenn Sie eine Zahl durch 2 teilen möchten, wählen Sie die zweite.

Die beiden sind nicht äquivalent, sie verhalten sich nicht gleich, wenn die Zahl negativ ist oder sich in größeren Ausdrücken befindet - Bitshift hat eine niedrigere Priorität als +oder -, Division hat eine höhere Priorität.

Sie sollten Ihren Code schreiben, um seine Absicht auszudrücken. Machen Sie sich keine Sorgen, wenn die Leistung Ihr Anliegen ist. Der Optimierer leistet bei solchen Mikrooptimierungen gute Arbeit.

Verwenden Sie einfach dividieren ( /), vorausgesetzt, es ist klarer. Der Compiler wird entsprechend optimieren.

Ich stimme anderen Antworten zu, die Sie bevorzugen sollten, x / 2da ihre Absicht klarer ist und der Compiler sie für Sie optimieren sollte.

Aber ein weiterer Grund für die Bevorzugung x / 2über x >> 1ist , dass das Verhalten der >>Implementierung abhängig ist , wenn xein signiertes ist intund negativ ist .

Aus Abschnitt 6.5.7, Punkt 5 der ISO C99-Norm:

Das Ergebnis E1 >> E2sind nach E1rechts verschobene E2Bitpositionen. Wenn E1ein vorzeichenloser Typ oder E1ein vorzeichenbehafteter Typ und ein nicht negativer Wert vorhanden sind, ist der Wert des Ergebnisses der integrale Bestandteil des Quotienten von E1/ 2 ^E2. Wenn E1ein vorzeichenbehafteter Typ und ein negativer Wert vorhanden sind, ist der resultierende Wert implementierungsdefiniert.

x / 2ist klarer und x >> 1nicht viel schneller (laut einem Mikro-Benchmark etwa 30% schneller für eine Java-JVM). Wie andere angemerkt haben, unterscheidet sich die Rundung bei negativen Zahlen geringfügig. Sie müssen dies berücksichtigen, wenn Sie negative Zahlen verarbeiten möchten. Einige Compiler konvertieren möglicherweise automatisch in x / 2, x >> 1wenn sie wissen, dass die Zahl nicht negativ sein kann (obwohl ich dachte, ich könnte dies nicht überprüfen).

Auch x / 2kann der (langsame) Teilungs-CPU-Befehl nicht verwendet werden, da einige Verknüpfungen möglich sind , aber er ist immer noch langsamer als x >> 1.

(Dies ist ein C / C ++ Frage, andere Programmiersprachen mehr Operatoren haben. Für Java gibt es auch die unsigned Verschiebung nach rechts, x >>> 1, was wiederum anders ist. Es ermöglicht richtig den Mittelwert (Durchschnitt) Wert von zwei Werten zu berechnen, so dass (a + b) >>> 1Wille Geben Sie den Mittelwert auch für sehr große Werte von aund zurück b. Dies ist beispielsweise für die binäre Suche erforderlich, wenn die Array-Indizes sehr groß werden können. In vielen Versionen der binären Suche ist ein Fehler(a + b) / 2 aufgetreten , da sie zur Berechnung des Durchschnitts verwendet wurden funktioniert nicht richtig. Die richtige Lösung ist (a + b) >>> 1stattdessen zu verwenden .)

Knuth sagte:

Vorzeitige Optimierung ist die Wurzel allen Übels.

Also schlage ich vor zu verwenden x /= 2;

Auf diese Weise ist der Code leicht zu verstehen und ich denke auch, dass die Optimierung dieser Operation in dieser Form keinen großen Unterschied für den Prozessor bedeutet.

Schauen Sie sich die Compiler-Ausgabe an, um sich zu entscheiden. Ich habe diesen Test auf x86-64 mit
gcc (GCC) 4.2.1 20070719 [FreeBSD] ausgeführt.

Siehe auch Compiler-Ausgaben online bei godbolt .

Was Sie sehen, ist, dass der Compiler sarlin beiden Fällen eine Anweisung (arithmetische Rechtsverschiebung) verwendet, sodass er die Ähnlichkeit zwischen den beiden Ausdrücken erkennt. Wenn Sie die Division verwenden, muss der Compiler auch negative Zahlen anpassen. Dazu wird das Vorzeichenbit auf das Bit niedrigster Ordnung verschoben und dem Ergebnis hinzugefügt. Dies behebt das Off-by-One-Problem beim Verschieben negativer Zahlen im Vergleich zu einer Teilung.
Da der Divisionsfall zwei Verschiebungen ausführt, während der explizite Verschiebungsfall nur eine Schicht ausführt, können wir hier einige der Leistungsunterschiede erklären, die durch andere Antworten hier gemessen werden.

C-Code mit Baugruppenausgabe:

Für die Teilung wäre Ihre Eingabe

int div2signed(int a) {
  return a / 2;
}

und das kompiliert zu

    movl    %edi, %eax
    shrl    $31, %eax
    addl    %edi, %eax
    sarl    %eax
    ret

ähnlich für die Schicht

int shr2signed(int a) {
  return a >> 1;
}

mit Ausgabe:

    sarl    %edi
    movl    %edi, %eax
    ret

Nur eine zusätzliche Anmerkung -

x * = 0,5 ist in einigen VM-basierten Sprachen häufig schneller - insbesondere in Actionscript, da die Variable nicht auf Division durch 0 überprüft werden muss.

Verwenden Sie x = x / 2; OR, x /= 2;da möglicherweise in Zukunft ein neuer Programmierer daran arbeitet. So wird es für ihn einfacher sein herauszufinden, was in der Codezeile vor sich geht. Solche Optimierungen sind möglicherweise nicht jedem bekannt.

Ich erzähle zum Zweck der Programmierung von Wettbewerben. Im Allgemeinen haben sie sehr große Eingaben, bei denen die Division durch 2 viele Male stattfindet und bekannt ist, dass die Eingabe positiv oder negativ ist.

x >> 1 ist besser als x / 2. Ich habe auf ideone.com nachgesehen, indem ich ein Programm ausgeführt habe, in dem mehr als 10 ^ 10 Division durch 2 Operationen stattgefunden haben. x / 2 dauerte fast 5,5 Sekunden, während x >> 1 für dasselbe Programm fast 2,6 Sekunden dauerte.

Ich würde sagen, es gibt mehrere Dinge zu beachten.

1. Bitshift sollte schneller sein, da keine spezielle Berechnung erforderlich ist, um die Bits zu verschieben. Wie bereits erwähnt, gibt es jedoch potenzielle Probleme mit negativen Zahlen. Wenn Sie sicher sind, positive Zahlen zu haben und Geschwindigkeit suchen, würde ich Bitshift empfehlen.

2. Der Divisionsoperator ist für Menschen sehr leicht zu lesen. Wenn Sie also nach Lesbarkeit von Code suchen, können Sie diese verwenden. Beachten Sie, dass der Bereich der Compileroptimierung einen langen Weg zurückgelegt hat. Daher ist es empfehlenswert, Code leicht lesbar und verständlich zu machen.

3. Abhängig von der zugrunde liegenden Hardware können Vorgänge unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. Amdals Gesetz ist es, den allgemeinen Fall schnell zu machen. Möglicherweise verfügen Sie über Hardware, die andere Vorgänge schneller als andere ausführen kann. Zum Beispiel kann das Multiplizieren mit 0,5 schneller sein als das Teilen durch 2. (Zugegeben, Sie müssen möglicherweise das Wort der Multiplikation ergreifen, wenn Sie die Ganzzahldivision erzwingen möchten).

Wenn Sie nach reiner Leistung suchen, würde ich empfehlen, einige Tests zu erstellen, die die Operationen millionenfach ausführen können. Probieren Sie die Ausführung mehrmals aus (Ihre Stichprobengröße), um festzustellen, welche statistisch am besten zu Ihrem Betriebssystem / Ihrer Hardware / Ihrem Compiler / Ihrem Code passt.

In Bezug auf die CPU sind Bitverschiebungsoperationen schneller als Divisionsoperationen. Der Compiler weiß dies jedoch und optimiert es so weit wie möglich entsprechend, sodass Sie so codieren können, wie es am sinnvollsten ist, und sich darauf verlassen können, dass Ihr Code effizient ausgeführt wird. Denken Sie jedoch daran, dass eine unsigned intDose (in einigen Fällen) intaus zuvor genannten Gründen besser optimiert werden kann als eine . Wenn Sie keine vorzeichenbehaftete Arithmetik benötigen, geben Sie das Vorzeichenbit nicht an.

x = x / 2; ist der geeignete Code für die Verwendung. Eine Operation hängt jedoch von Ihrem eigenen Programm ab, wie die Ausgabe erzeugt werden soll.

Machen Sie Ihre Absichten klarer ... Wenn Sie beispielsweise teilen möchten, verwenden Sie x / 2 und lassen Sie den Compiler es optimieren, um den Operator (oder etwas anderes) zu verschieben.

Die heutigen Prozessoren lassen diese Optimierungen keinen Einfluss auf die Leistung Ihrer Programme haben.

Die Antwort darauf hängt von der Umgebung ab, in der Sie arbeiten.

• Wenn Sie an einem 8-Bit-Mikrocontroller oder etwas anderem ohne Hardware-Unterstützung für die Multiplikation arbeiten, wird eine Bitverschiebung erwartet und ist alltäglich. Während sich der Compiler mit ziemlicher Sicherheit x /= 2in x >>= 1eine solche verwandelt , zieht das Vorhandensein eines Teilungssymbols in dieser Umgebung mehr Augenbrauen hoch als Verwenden einer Verschiebung, um eine Teilung zu bewirken.
• Wenn Sie in einer leistungskritischen Umgebung oder einem Codeabschnitt arbeiten oder Ihr Code bei deaktivierter Compileroptimierung kompiliert werden könnte, x >>= 1 ein Kommentar, der die Argumentation erläutert, wahrscheinlich nur aus Gründen der Klarheit des Zwecks am besten.
• Wenn Sie sich nicht unter einer der oben genannten Bedingungen befinden, machen Sie Ihren Code durch einfaches Verwenden besser lesbar x /= 2. Es ist besser, dem nächsten Programmierer, der sich Ihren Code ansieht, die 10-Sekunden-Doppelaufnahme Ihres Schichtbetriebs zu ersparen, als unnötig zu beweisen, dass Sie wussten, dass die Schicht ohne Compiler-Optimierung effizienter ist.

Alle diese nehmen vorzeichenlose ganze Zahlen an. Die einfache Verschiebung ist wahrscheinlich nicht das, was Sie für signiert wollen. DanielH spricht auch einen guten Punkt zur Verwendung x *= 0.5für bestimmte Sprachen wie ActionScript an.

Mod 2, Test für = 1. Keine Ahnung die Syntax in c. aber das kann am schnellsten sein.

Im Allgemeinen teilt sich die richtige Verschiebung:

q = i >> n; is the same as: q = i / 2**n;

Dies wird manchmal verwendet, um Programme auf Kosten der Klarheit zu beschleunigen. Ich denke nicht, dass du es tun solltest. Der Compiler ist intelligent genug, um die Beschleunigung automatisch durchzuführen. Dies bedeutet, dass Sie durch das Einsetzen einer Schicht nichts auf Kosten der Klarheit gewinnen .

Schauen Sie sich diese Seite aus der praktischen C ++ - Programmierung an.

Wenn Sie Ihren Code für den nächsten Mann schreiben, der ihn liest, achten Sie natürlich auf die Klarheit von "x / 2".

Wenn jedoch Geschwindigkeit Ihr Ziel ist, versuchen Sie es in beide Richtungen und messen Sie die Ergebnisse.Vor ein paar Monaten habe ich an einer Bitmap-Faltungsroutine gearbeitet, bei der ein Array von ganzen Zahlen durchlaufen und jedes Element durch 2 geteilt wurde. Ich habe alle möglichen Dinge getan, um es zu optimieren, einschließlich des alten Tricks, "x >> 1" durch "x" zu ersetzen / 2 ".

Als ich tatsächlich beide Wege zeitlich festlegte, stellte ich zu meiner Überraschung fest, dass x / 2 schneller als x >> 1 war

Hierbei wurde Microsoft VS2008 C ++ mit aktivierten Standardoptimierungen verwendet.

In Bezug auf die Leistung. Die Schaltvorgänge der CPU sind erheblich schneller als das Teilen von Op-Codes. Teilen durch zwei oder Multiplizieren mit 2 usw. profitieren also alle von Schichtoperationen.

In Bezug auf das Erscheinungsbild. Als Ingenieure haben wir uns so sehr für Kosmetik interessiert, dass selbst schöne Damen sie nicht benutzen! :) :)

X / Y ist ein korrekter ... und ">>" Verschiebungsoperator. Wenn wir zwei eine ganze Zahl teilen wollen, können wir den (/) Dividendenoperator verwenden. Der Shift-Operator wird verwendet, um die Bits zu verschieben.

x = x / 2; x / = 2; wir können so verwenden ..

Während x >> 1 schneller als x / 2 ist, ist die richtige Verwendung von >> beim Umgang mit negativen Werten etwas komplizierter. Es erfordert etwas Ähnliches wie das Folgende:

// Extension Method
public static class Global {
    public static int ShiftDivBy2(this int x) {
        return (x < 0 ? x + 1 : x) >> 1;
    }
}