编程语言的移位操作代替乘除运算效率怎么样？

在C语言程序开发中，一些移位操作似乎可以达到与乘除法操作一样的效果。例如，4>>1 等于 2，此时右移一位相当于除以 2。类似的，2<<1 等于 4，此时左移一位相当于乘以 2。

因此，有些教材推荐使用移位操作代替乘除操作，称可以为最终的C语言程序带来效率上的提升，那么真的如此吗?

移位代替乘除，C语言程序效率更高吗?

得到答案最简单直接的方法是做实验，下面是两段关于哈希算法的C语言程序，请看：

1. unsigned int hash( char const* s ) 
2. { 
3.  unsigned h = 0; 
4.  while ( *s != '\\0' ) { 
5.  h = 127 * h + (unsigned char)*s; 
6.  ++ s; 
7.  } 
8.  return h; 
9. } 

读者应将注意力放在h = 127 * h + (unsigned char)*s;一行，此时C语言代码使用的是乘法操作。下面是另外一段C语言代码，请看：

1. unsigned int hash( char const* s ) 
2. { 
3.  unsigned h = 0; 
4.  while ( *s != '\\0' ) { 
5.  h = (h << 7) - h + (unsigned char)*s; 
6.  ++ s; 
7.  } 
8.  return h; 
9. } 

唯一的区别就是使用 h<<7 移位操作代替了 127 * h 乘法操作

与前面那段C语言代码相比，唯一的区别就是使用 h<<7 移位操作代替了 127 * h 乘法操作。在我的机器上，我测试了这两段C语言代码的效率，结果是两者差不多快，有时 127 * h 版本的C语言代码更快!

解析

C语言程序中，使用移位操作代替乘除操作更快吗?现在这个问题我们已经有答案了：并不如此。原因在于C语言编译器一般都会优化我们的代码，它知道如何尽可能快地增加目标处理器体系结构的能力，也即尽量生成尽可能快的程序。

因此作为C语言程序员，我们应该做的是明确告诉编译器我们的意图(即到底是 i * 2，还是 i<<1)，让它根据上下文决定如何产生更快的指令。

当硬件不支持快速乘除法时，编译器会将乘除法转换为移位和加法/减法的适当组合。因为它知道我们的最终目的，所以有时候显示的写出移位代码，倒不如直接告诉编译器我们的目的，这样才能得到尽可能快的C语言程序。

事实上，有时候简单的移位操作并不等同于乘除法，而且有些乘法并不能通过简单的移位实现，例如：

1. -5 / 2 = -2 
2. -5 >> 1 = -3 
3. i*3 = (i<<1) + i 
4. i*10 = (i<<3) + (i<<1) 

因此，使用移位操作代替乘除法操作可能会带来预计之外的结果。而且有些移位组合也会让同事难以理解这段C语言代码的真实意图，也不利于协作开发和后期维护。

小结

本节讨论了C语言程序开发中，移位操作与乘除法操作的关系，并讨论了它们之间的效率问题。可以看出，我们并不需要纠结二者之间的取舍。事实上，考虑到代码的易读性和编译器的优化特性，我们应该写出“本意”代码，即：希望实现乘除操作时，就写出乘除代码。希望实现移位操作时，就写出移位代码。