为啥要用位运算代替取模呢

编程技术  /  houtizong 发布于 3年前   176

 

  在hash中查找key的时候，经常会发现用&取代%，先看两段代码吧，

 

  JDK6中的HashMap中的indexFor方法：

    /**     * Returns index for hash code h.     */    static int indexFor(int h, int length) {        return h & (length-1);    }

 

Redis2.4中的代码段：

    n.size = realsize;    n.sizemask = realsize-1;    //此处略去xxx行   while(de) {            unsigned int h;            nextde = de->next;            /* Get the index in the new hash table */            h = dictHashKey(d, de->key) & d->ht[1].sizemask;            de->next = d->ht[1].table[h];            d->ht[1].table[h] = de;            d->ht[0].used--;            d->ht[1].used++;            de = nextde;        }

 

大家可以看到a%b取模的形式都被替换成了a&(b-1) ，当hashtable的长度是2的幂的情况下（疏忽，一开始没写），这两者是等价的，那为什么要用后者呢？

另一方面，为什么hashtable的长度最好要是2的n次方呢，这个不在本次讨论范围之列，原因简单说一下就是1、分布更均匀 2、碰撞几率更小  详情自己思考，JDK中的HashMap就会在初始化时，保证这一点：

    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +                                               initialCapacity);        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +                                               loadFactor);        // Find a power of 2 >= initialCapacity        int capacity = 1;        while (capacity < initialCapacity)            capacity <<= 1;        this.loadFactor = loadFactor;        threshold = (int)(capacity * loadFactor);        table = new Entry[capacity];        init();    }

 

redis中也有类似的保证：

 

/* Our hash table capability is a power of two */static unsigned long _dictNextPower(unsigned long size){    unsigned long i = DICT_HT_INITIAL_SIZE;    if (size >= LONG_MAX) return LONG_MAX;    while(1) {        if (i >= size)            return i;        i *= 2;    }}

 

 

言归正传，大家都知道位运算的效率最高，这也是&取代%的原因，来看个程序：

int main(int argc, char* argv[]){    int a = 0x111;    int b = 0x222;    int c = 0;    int d = 0;    c = a & (b-1);    d = a % b;    return 0;}

 

 

看反汇编的结果：

13:       c = a & (b-1);00401044   mov         eax,dword ptr [ebp-8]00401047   sub         eax,10040104A   mov         ecx,dword ptr [ebp-4]0040104D   and         ecx,eax0040104F   mov         dword ptr [ebp-0Ch],ecx14:       d = a % b;00401052   mov         eax,dword ptr [ebp-4]00401055   cdq00401056   idiv        eax,dword ptr [ebp-8]00401059   mov         dword ptr [ebp-10h],edx

 

可以看到，&操作用了:3mov+1and+1sub  %操作用了：2mov+1cdp+1idiv

 

我们可以查阅Coding_ASM_-_Intel_Instruction_Set_Codes_and_Cycles资料，发现前者只需5个CPU周期，而后者至少需要26个CPU周期（注意，是最少！！！） 效率显而易见。所以以后自己在写的时候，也可以使用前者的写法。