舍入整数除法(而不是截断)

问题描述 投票:63回答:20

我很想知道如何将数字舍入到最接近的整数。例如,如果我有:

int a = 59 / 4;

如果以浮点计算,则为14.75;如何将结果存储为“a”中的15?

c math int rounding integer-division
20个回答
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int a = 59.0f / 4.0f + 0.5f;

这仅在分配给int时有效,因为它会丢弃'。'之后的任何内容。

编辑:此解决方案仅适用于最简单的情况。一个更强大的解决方案是:

unsigned int round_closest(unsigned int dividend, unsigned int divisor)
{
    return (dividend + (divisor / 2)) / divisor;
}

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这是我的解决方案。我喜欢它,因为我觉得它更具可读性,因为它没有分支(既不是ifs也不是三元组)。

int32_t divide(int32_t a, int32_t b) {
  int32_t resultIsNegative = ((a ^ b) & 0x80000000) >> 31;
  int32_t sign = resultIsNegative*-2+1;
  return (a + (b / 2 * sign)) / b;
}

完整的测试程序,说明预期的行为:

#include <stdint.h>
#include <assert.h>

int32_t divide(int32_t a, int32_t b) {
  int32_t resultIsNegative = ((a ^ b) & 0x80000000) >> 31;
  int32_t sign = resultIsNegative*-2+1;
  return (a + (b / 2 * sign)) / b;
}

int main() {
  assert(divide(0, 3) == 0);

  assert(divide(1, 3) == 0);
  assert(divide(5, 3) == 2);

  assert(divide(-1, 3) == 0);
  assert(divide(-5, 3) == -2);

  assert(divide(1, -3) == 0);
  assert(divide(5, -3) == -2);

  assert(divide(-1, -3) == 0);
  assert(divide(-5, -3) == 2);
}

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借用@ericbn我更喜欢定义

#define DIV_ROUND_INT(n,d) ((((n) < 0) ^ ((d) < 0)) ? (((n) - (d)/2)/(d)) : (((n) + (d)/2)/(d)))
or if you work only with unsigned ints
#define DIV_ROUND_UINT(n,d) ((((n) + (d)/2)/(d)))

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int divide(x,y){
 int quotient = x/y;
 int remainder = x%y;
 if(remainder==0)
  return quotient;
 int tempY = divide(y,2);
 if(remainder>=tempY)
  quotient++;
 return quotient;
}

例如59/4 Quotient = 14,tempY = 2,余数= 3,余数> = tempY因此商= 15;


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double a=59.0/4;
int b=59/4;
if(a-b>=0.5){
    b++;
}
printf("%d",b);
  1. 让精确浮点值59.0 / 4为x(这里是14.750000)
  2. 让小于x的最小整数为y(这里是14)
  3. 如果x-y <0.5则y为解
  4. 否则y + 1就是解决方案

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尝试使用数学ceil函数进行四舍五入。 Math Ceil


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如果你正在划分正整数,你可以将它向上移动,进行除法,然后检查实数b0右边的位。换句话说,100/8是12.5,但会返回12.如果你这样做(100 << 1)/ 8,你可以检查b0,然后在将结果向下移动后向上舍入。


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对于某些算法,当“最接近”为平局时,您需要一致的偏差。

// round-to-nearest with mid-value bias towards positive infinity
int div_nearest( int n, int d )
   {
   if (d<0) n*=-1, d*=-1;
   return (abs(n)+((d-(n<0?1:0))>>1))/d * ((n<0)?-1:+1);
   }

无论分子或分母的符号如何,这都有效。


如果你想匹配round(N/(double)D)(浮点除法和舍入)的结果,这里有一些变量都会产生相同的结果:

int div_nearest( int n, int d )
   {
   int r=(n<0?-1:+1)*(abs(d)>>1); // eliminates a division
// int r=((n<0)^(d<0)?-1:+1)*(d/2); // basically the same as @ericbn
// int r=(n*d<0?-1:+1)*(d/2); // small variation from @ericbn
   return (n+r)/d;
   }

注意:(abs(d)>>1)(d/2)的相对速度可能与平台有关。


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对于正负操作数且没有浮点或条件分支,下面正确地将商舍入到最接近的整数(请参阅下面的汇编输出)。假设N位2的补码整数。

#define ASR(x) ((x) < 0 ? -1 : 0)  // Compiles into a (N-1)-bit arithmetic shift right
#define ROUNDING(x,y) ( (y)/2 - (ASR((x)^(y)) & (y)))

int RoundedQuotient(int x, int y)
   {
   return (x + ROUNDING(x,y)) / y ;
   }

ROUNDING的值与被除数(x)和除数(y)的量值的一半具有相同的符号。因此,在整数除法截断结果商之前,将ROUNDING添加到被除数中会增加其幅度。以下是针对32位ARM Cortex-M4处理器的-cc优化的gcc编译器的输出:

RoundedQuotient:                // Input parameters: r0 = x, r1 = y
    eor     r2, r1, r0          // r2 = x^y
    and     r2, r1, r2, asr #31 // r2 = ASR(x^y) & y
    add     r3, r1, r1, lsr #31 // r3 = (y < 0) ? y + 1 : y
    rsb     r3, r2, r3, asr #1  // r3 = y/2 - (ASR(x^y) & y)
    add     r0, r0, r3          // r0 = x + (y/2 - (ASR(x^y) & y)
    sdiv    r0, r0, r1          // r0 = (x + ROUNDING(x,y)) / y
    bx      lr                  // Returns r0 = rounded quotient

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划分为4的一些替代方案

return x/4 + (x/2 % 2);
return x/4 + (x % 4 >= 2)

或者一般来说,除以任何2的幂

return x/y + x/(y/2) % 2;    // or
return (x >> i) + ((x >> i - 1) & 1);  // with y = 2^i

如果小数部分⩾0.5,即第一个数字⩾base / 2,则它通过向上舍入。在二进制中,它相当于将第一个小数位添加到结果中

这种方法在具有标志寄存器的架构中具有优势,因为进位标志将包含被移出的最后一位。例如,在x86上它可以是optimized into

shr eax, i
adc eax, 0

它也很容易扩展到支持有符号整数。请注意,负数的表达式是

(x - 1)/y + ((x - 1)/(y/2) & 1)

我们可以使它适用于积极和消极的价值观

int t = x + (x >> 31);
return (t >> i) + ((t >> i - 1) & 1);

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我遇到了同样的困难。下面的代码应该适用于正整数。

我还没有编译它,但我在google电子表格上测试了算法(我知道,wtf),它正在运行。

unsigned int integer_div_round_nearest(unsigned int numerator, unsigned int denominator)
{
    unsigned int rem;
    unsigned int floor;
    unsigned int denom_div_2;

    // check error cases
    if(denominator == 0)
        return 0;

    if(denominator == 1)
        return numerator;

    // Compute integer division and remainder
    floor = numerator/denominator;
    rem = numerator%denominator;

    // Get the rounded value of the denominator divided by two
    denom_div_2 = denominator/2;
    if(denominator%2)
        denom_div_2++;

    // If the remainder is bigger than half of the denominator, adjust value
    if(rem >= denom_div_2)
        return floor+1;
    else
        return floor;
}

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整数舍入的标准习语是:

int a = (59 + (4 - 1)) / 4;

您将除数减一加到被除数。


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更安全的C代码(除非你有其他处理方法/ 0):

return (_divisor > 0) ? ((_dividend + (_divisor - 1)) / _divisor) : _dividend;

当然,这不能解决由于输入数据无效而导致返回值不正确而导致的问题。


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适用于任何红利和除数符号的代码:

int divRoundClosest(const int n, const int d)
{
  return ((n < 0) ^ (d < 0)) ? ((n - d/2)/d) : ((n + d/2)/d);
}

如果您更喜欢宏:

#define DIV_ROUND_CLOSEST(n, d) ((((n) < 0) ^ ((d) < 0)) ? (((n) - (d)/2)/(d)) : (((n) + (d)/2)/(d)))

Linux内核宏DIV_ROUND_CLOSEST不适用于负除数!


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你应该使用这样的东西:

int a = (59 - 1)/ 4 + 1;

我假设你真的想做一些更通用的事情:

int divide(x, y)
{
   int a = (x -1)/y +1;

   return a;
}

x +(y-1)有可能溢出,给出错误的结果;然而,如果x = min_int,x - 1只会下溢...


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(已编辑)使用浮点舍入整数是解决此问题的最简单方法;但是,根据问题集可能是可能的。例如,在嵌入式系统中,浮点解决方案可能成本太高。

使用整数数学做这件事结果有点难,有点不直观。第一个发布的解决方案对于我使用它的问题没有问题,但是在整数范围内表征结果后,结果总体上非常糟糕。通过几本关于钻头和嵌入式数学的书籍回顾几乎没有什么结果。几个笔记。首先,我只测试了正整数,我的工作不涉及负分子或分母。第二,32位整数的详尽测试是计算禁止的,所以我从8位整数开始,然后确保我得到类似的16位整数结果。

我从之前提出的2个解决方案入手:

#define DIVIDE_WITH_ROUND(N, D) (((N) == 0) ? 0:(((N * 10)/D) + 5)/10)

#define DIVIDE_WITH_ROUND(N, D) (N == 0) ? 0:(N - D/2)/D + 1;

我的想法是,第一个版本会溢出大数字,第二个版本下溢小数字。我没有考虑两件事。 1.)第二个问题实际上是递归的,因为要得到正确的答案你必须正确地围绕D / 2。 2.)在第一种情况下,你经常溢出然后下溢,两者相互抵消。这是两个(不正确)算法的错误图:

该图显示第一种算法仅对小分母(0 <d <10)不正确。出乎意料的是,它实际上比第二版更好地处理大分子。

这是第二个算法的图:

正如预期的那样,它对于小分子来说是失败的,但是对于比第一版​​更大的分子也是如此。

显然,这是正确版本的更好起点:

#define DIVIDE_WITH_ROUND(N, D) (((N) == 0) ? 0:(((N * 10)/D) + 5)/10)

如果你的分母大于10,那么这将正常工作。

D == 1需要一个特殊情况,只需返回N. D == 2,= N / 2 +(N&1)//需要特殊情况//如果奇数则向上舍入。

一旦N变得足够大,D> = 3也会出现问题。事实证明,较大的分母只有较大分子的问题。对于8位有符号数,问题点是

if (D == 3) && (N > 75))
else if ((D == 4) && (N > 100))
else if ((D == 5) && (N > 125))
else if ((D == 6) && (N > 150))
else if ((D == 7) && (N > 175))
else if ((D == 8) && (N > 200))
else if ((D == 9) && (N > 225))
else if ((D == 10) && (N > 250))

(返回这些的D / N)

所以通常情况下,特定分子变坏的pointe就在某处 N > (MAX_INT - 5) * D/10

这不完全但很接近。当使用16位或更大的数字时,如果您对这些情况进行C除(截断),则误差<1%。

对于16位带符号的数字,测试将是

if ((D == 3) && (N >= 9829))
else if ((D == 4) && (N >= 13106))
else if ((D == 5) && (N >= 16382))
else if ((D == 6) && (N >= 19658))
else if ((D == 7) && (N >= 22935))
else if ((D == 8) && (N >= 26211))
else if ((D == 9) && (N >= 29487))
else if ((D == 10) && (N >= 32763))

当然对于无符号整数,MAX_INT将被MAX_UINT替换。我确信有一个确切的公式可以确定对特定D和位数有效的最大N,但我没有时间处理这个问题...

(我现在似乎错过了这个图,我将在稍后编辑和添加。)这是8位版本的图表,上面提到了特殊情况:![8位签名用0 < N <= 10 3的特殊情况

注意,对于8位,图中所有错误的误差为10%或更小,16位<0.1%。


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如上所述,您正在执行整数运算,它会自动截断任何小数结果。要执行浮点运算,请将常量更改为浮点值:

int a = round(59.0 / 4);

或者将它们转换为float或其他浮点类型:

int a = round((float)59 / 4);

无论哪种方式,你需要使用round()头中的math.h函数进行最后的舍入,所以一定要使用#include <math.h>并使用兼容C99的编译器。


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从Linux内核(GPLv2):

/*
 * Divide positive or negative dividend by positive divisor and round
 * to closest integer. Result is undefined for negative divisors and
 * for negative dividends if the divisor variable type is unsigned.
 */
#define DIV_ROUND_CLOSEST(x, divisor)(          \
{                           \
    typeof(x) __x = x;              \
    typeof(divisor) __d = divisor;          \
    (((typeof(x))-1) > 0 ||             \
     ((typeof(divisor))-1) > 0 || (__x) > 0) ?  \
        (((__x) + ((__d) / 2)) / (__d)) :   \
        (((__x) - ((__d) / 2)) / (__d));    \
}                           \
)

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int a, b;
int c = a / b;
if(a % b) { c++; }

检查是否有余数允许您手动对整数除法的商进行四舍五入。


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#define CEIL(a, b) (((a) / (b)) + (((a) % (b)) > 0 ? 1 : 0))

另一个有用的MACROS(必须):

#define MIN(a, b)  (((a) < (b)) ? (a) : (b))
#define MAX(a, b)  (((a) > (b)) ? (a) : (b))
#define ABS(a)     (((a) < 0) ? -(a) : (a))
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