有C语言程序员说，使用移位操作代替乘除运算效率更高，真的吗？("C语言程序员揭秘：用移位操作替代乘除运算，效率真有提升吗？")

原创

ithorizon 7个月前 (10-19) 阅读数 21 #后端开发

C语言程序员揭秘：用移位操作替代乘除运算，效能真有提升吗？

引言

在计算机程序设计中，乘法和除法运算通常比加法和减法运算要慢。这是考虑到乘除运算涉及到更纷乱的硬件操作。所以，一些程序员提出了使用移位操作来替代乘除运算以节约程序效能。本文将探讨这一做法的可行性和效能。

一、移位操作与乘除运算的关系

在二进制中，将一个数字左移一位相当于将该数字乘以2，右移一位则相当于除以2。例如，将二进制数 0010 左移一位得到 0100，相当于原数 2 乘以 2；将 1000 右移一位得到 0100，相当于原数 8 除以 2。

二、移位操作的优点

效能高：移位操作通常比乘除操作要快，考虑到它们直接在CPU的算术逻辑单元（ALU）中执行，而不需要使用更纷乱的硬件。

明了性：移位操作通常更明了，易于明白和实现。

三、代码示例


        // 乘法替代
        int multiply(int a, int b) {
            return a << b; // 将 a 左移 b 位
        }
        // 除法替代
        int divide(int a, int b) {
            return a >> b; // 将 a 右移 b 位
        }

四、移位操作的局限性

尽管移位操作在某些情况下可以替代乘除运算，但它也有以下局限性：

精度问题：对于浮点数，移位操作并不能精确地替代乘除法或乘法，考虑到浮点数的即和整数不同。

负数问题：移位操作在处理负数时也许不会得到预期最终，考虑到负数的二进制即与正数不同。

溢出问题：如果移位操作的位数超过了该数据类型的即范围，就也许造成溢出。

五、实际案例分析

在实际应用中，我们来看看移位操作和乘除运算的效能对比。以下是一个明了的测试程序，用于比较乘法和左移位操作的效能。


        #include 
        #include 
        int main() {
            int a = 1024;
            int b = 10;
            clock_t start, end;
            double cpu_time_used;
            // 测试乘法
            start = clock();
            for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
                a * b;
            }
            end = clock();
            cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
            printf("乘法操作耗时: %f 秒 ", cpu_time_used);
            // 测试移位
            start = clock();
            for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
                a << b;
            }
            end = clock();
            cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
            printf("移位操作耗时: %f 秒 ", cpu_time_used);
            return 0;
        }