为这个令人困惑的标题道歉。我不确定如何更好地描述我想要完成的事情。我基本上试图在C中为getting the high half of a 64-bit multiplication做反向
int64_t divHi64(int64_t dividend, int64_t divisor) {
return ((__int128)dividend << 64) / (__int128)divisor;
}
由于缺乏对__int128
的支持而无法实现。
这可以在没有多字分割的情况下完成
假设我们想做⌊264×x /y⌋然后我们可以像这样转换表达式
根据这个问题((-y)/y + 1)*x
,第一个术语按照How to compute 2⁶⁴/n in C?进行
第二项相当于(264%y)/ y * x,并且有点棘手。我尝试了各种方法,但如果只使用整数运算,则需要128位乘法和128/64除法。可以使用算法在以下问题中计算MulDiv64(a, b, c) = a*b/c
但是它们可能很慢,如果你有这些功能,你可以像MulDiv64(x, UINT64_MAX, y) + x/y + something
一样更轻松地计算整个表达式而不会搞砸上面的转换
如果它具有64位或更高的精度,那么使用long double
似乎是最简单的方法。所以现在可以通过(264%y)/(long double)y * x来完成
uint64_t divHi64(uint64_t x, uint64_t y) {
uint64_t mod_y = UINT64_MAX % y + 1;
uint64_t result = ((-y)/y + 1)*x;
if (mod_y != y)
result += (uint64_t)((mod_y/(long double)y)*x);
return result;
}
为简化起见,省略了溢出检查。如果您需要签名分部,则需要稍作修改
如果您的目标是64位Windows,但是您使用的是没有__int128
的MSVC,那么now it has a 64-bit divide intrinsic可以在没有128位整数类型的情况下显着简化作业。你仍然需要处理溢出,因为div
instruction会在这种情况下抛出异常
uint64_t divHi64(uint64_t x, uint64_t y) {
uint64_t high, remainder;
uint64_t low = _umul128(UINT64_MAX, y, &high);
if (x <= high /* && 0 <= low */)
return _udiv128(x, 0, y, &remainder);
// overflow case
errno = EOVERFLOW;
return 0;
}
上面的溢出检查可以简化为检查x <y,因为如果x> = y则结果将溢出
也可以看看
16/16位除法的详尽测试表明我的解决方案适用于所有情况。但是你确实需要double
,即使float
具有超过16位的精度,否则偶尔会返回少于一个的结果。它可以通过在截断之前添加epsilon值来修复:(uint64_t)((mod_y/(long double)y)*x + epsilon)
。这意味着如果你不用epsilon校正结果,你需要gcc中的__float128
(或-m128bit-long-double
option)来获得精确的64/64位输出。然而that type is available on 32-bit targets,不像__int128
只支持64位目标,所以生活会更容易一些。当然,如果只需要非常接近的结果,您可以按原样使用该功能
下面是我用于验证的代码
#include <thread>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <climits>
#include <mutex>
std::mutex print_mutex;
#define MAX_THREAD 8
#define NUM_BITS 27
#define CHUNK_SIZE (1ULL << NUM_BITS)
// typedef uint32_t T;
// typedef uint64_t T2;
// typedef double D;
typedef uint64_t T;
typedef unsigned __int128 T2; // the type twice as wide as T
typedef long double D;
// typedef __float128 D;
const D epsilon = 1e-14;
T divHi(T x, T y) {
T mod_y = std::numeric_limits<T>::max() % y + 1;
T result = ((-y)/y + 1)*x;
if (mod_y != y)
result += (T)((mod_y/(D)y)*x + epsilon);
return result;
}
void testdiv(T midpoint)
{
T begin = midpoint - CHUNK_SIZE/2;
T end = midpoint + CHUNK_SIZE/2;
for (T i = begin; i != end; i++)
{
T x = i & ((1 << NUM_BITS/2) - 1);
T y = CHUNK_SIZE/2 - (i >> NUM_BITS/2);
// if (y == 0)
// continue;
auto q1 = divHi(x, y);
T2 q2 = ((T2)x << sizeof(T)*CHAR_BIT)/y;
if (q2 != (T)q2)
{
// std::lock_guard<std::mutex> guard(print_mutex);
// std::cout << "Overflowed: " << x << '&' << y << '\n';
continue;
}
else if (q1 != q2)
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(print_mutex);
std::cout << x << '/' << y << ": " << q1 << " != " << (T)q2 << '\n';
}
}
std::lock_guard<std::mutex> guard(print_mutex);
std::cout << "Done testing [" << begin << ", " << end << "]\n";
}
uint16_t divHi16(uint32_t x, uint32_t y) {
uint32_t mod_y = std::numeric_limits<uint16_t>::max() % y + 1;
int result = ((((1U << 16) - y)/y) + 1)*x;
if (mod_y != y)
result += (mod_y/(double)y)*x;
return result;
}
void testdiv16(uint32_t begin, uint32_t end)
{
for (uint32_t i = begin; i != end; i++)
{
uint32_t y = i & 0xFFFF;
if (y == 0)
continue;
uint32_t x = i & 0xFFFF0000;
uint32_t q2 = x/y;
if (q2 > 0xFFFF) // overflowed
continue;
uint16_t q1 = divHi16(x >> 16, y);
if (q1 != q2)
{
std::lock_guard<std::mutex> guard(print_mutex);
std::cout << x << '/' << y << ": " << q1 << " != " << q2 << '\n';
}
}
}
int main()
{
std::thread t[MAX_THREAD];
for (int i = 0; i < MAX_THREAD; i++)
t[i] = std::thread(testdiv, std::numeric_limits<T>::max()/MAX_THREAD*i);
for (int i = 0; i < MAX_THREAD; i++)
t[i].join();
std::thread t2[MAX_THREAD];
constexpr uint32_t length = std::numeric_limits<uint32_t>::max()/MAX_THREAD;
uint32_t begin, end = length;
for (int i = 0; i < MAX_THREAD - 1; i++)
{
begin = end;
end += length;
t2[i] = std::thread(testdiv16, begin, end);
}
t2[MAX_THREAD - 1] = std::thread(testdiv, end, UINT32_MAX);
for (int i = 0; i < MAX_THREAD; i++)
t2[i].join();
std::cout << "Done\n";
}