Warum ein Ausdruck anstelle einer Konstante in der Bedingung einer C-For-Schleife?

Question 1

Bei vielen Programmierwettbewerben habe ich gesehen, wie Leute diese Art von Texten geschrieben haben for-Schleife

for(i = 0; i < (1 << 7); i++)

Es sei denn, ich vermisse etwas, das ist dasselbe wie

for(i = 0; i < 128; i++)

Warum die verwenden (1 << 7) Ausführung?

Ist es nicht unnötig, die Bedingung jedes Mal zu berechnen?

Question 2

Ja, sie sind im Verhalten gleichwertig.

Warum verwenden die Leute dann die (1 << 7)-Version?

Ich schätze, sie benutzen es, um zu dokumentieren, dass es eine Potenz von 2 ist.

Die Berechnung der Bedingung muss jedes Mal ein Overhead sein! Ich kann den Grund dafür nicht finden!

Nicht wirklich, jeder normale Compiler wird es ersetzen 1 << 7 durch 128 und so haben beide Schleifen die gleiche Leistung.

(C11, 6.6p2) “Ein konstanter Ausdruck kann eher während der Übersetzung als zur Laufzeit ausgewertet werden und kann dementsprechend an jeder Stelle verwendet werden, an der sich eine Konstante befindet.”

Question 3

Lassen Sie uns jede dieser Optionen in einfaches Englisch übersetzen:

for(i = 0; i < (1 << 7); i++) // For every possible combination of 7 bits
for(i = 0; i < 128; i++)      // For every number between 0 and 127

Das Laufzeitverhalten sollte in beiden Fällen identisch sein.

Wenn man einen anständigen Compiler annimmt, sollte sogar der Assembler-Code identisch sein.

Die erste Option wird also im Wesentlichen nur verwendet, um “eine Aussage zu treffen”.

Sie können genauso gut die zweite Option verwenden und oben einen Kommentar hinzufügen.

Question 4

1 << 7 ein konstanter Ausdruck ist, behandelt der Compiler ihn so 128gibt es keinen Overhead in der Laufzeit.

Ohne den Schleifenkörper ist es schwer zu sagen, warum der Autor ihn verwendet. Möglicherweise ist es eine Schleife, die etwas iteriert, das mit 7 Bits verbunden ist, aber das ist nur meine Vermutung.

Question 5

Warum verwenden die Leute dann die (1 << 7)-Version?

Es ist eine Form der Dokumentation, es ist aber keine magische Zahl 2^7(zwei hoch siebte Potenz), was für denjenigen von Bedeutung ist, der den Code geschrieben hat. Ein moderner optimierender Compiler sollte für beide Beispiele genau denselben Code generieren, sodass die Verwendung dieses Formulars keine Kosten verursacht und der Kontext hinzugefügt wird.

Verwenden Gottriegel Wir können bestätigen, dass dies tatsächlich der Fall ist, zumindest für mehrere Versionen von gcc, clang und icc. Verwenden Sie ein einfaches Beispiel mit Nebenwirkungen, um sicherzustellen, dass der Code nicht vollständig wegoptimiert wird:

#include <stdio.h>

void forLoopShift()
{
  for(int i = 0; i < (1 << 7); i++)
  {
    printf("%d ", i ) ;
  }
}

void forLoopNoShift()
{
  for(int i = 0; i < 128; i++)
  {
        printf("%d ", i ) ;
  }
}

Für den relevanten Teil des Codes können wir sehen, dass beide Folgendes generieren live sehen:

cmpl    $128, %ebx

Was wir haben, ist ein ganzzahliger konstanter Ausdruck wie im Entwurf des C11-Standardabschnitts definiert 6.6 Konstante Ausdrücke was sagt:

Ein ganzzahliger konstanter Ausdruck117) muss einen ganzzahligen Typ haben und darf nur Operanden haben, die ganzzahlige Konstanten, Aufzählungskonstanten, Zeichenkonstanten, Größenausdrücke, deren Ergebnisse ganzzahlige Konstanten sind,[…]

und:

Konstante Ausdrücke dürfen keine Zuweisungs-, Inkrement-, Dekrement-, Funktionsaufruf- oder Kommaoperatoren enthalten, es sei denn, sie sind in einem Unterausdruck enthalten, der nicht ausgewertet wird.115)

und wir können sehen, dass ein konstanter Ausdruck während der Übersetzung ausgewertet werden darf:

Ein konstanter Ausdruck kann eher während der Übersetzung als zur Laufzeit ausgewertet werden und kann dementsprechend an jeder Stelle verwendet werden, an der sich eine Konstante befindet.

Question 6

for(i = 0; i < (1 << 7); i++)

und

für(i = 0; i < 128; i++)

liefert die gleiche Leistung, aber der Entwickler kann einen großen Vorteil daraus ziehen, falls for(i = 0; i < (1 << 7); i++) in einer Schleife als verwendet wird

for(int k = 0; k < 8; k++)
{
  for(int i = 0; i < (1 << k); i++)
   {
    //your code
    }

}

Jetzt ist es in der inneren Schleife Obergrenze dh (1 << k) ändert sich mit Potenz von 2 Laufzeit. Aber es ist anwendbar, wenn Ihr Algorithmus diese Logik erfordert.

Question 7

Der Compiler gibt für beide Fälle denselben Code aus. Sie möchten wahrscheinlich je nach Kontext unterschiedliche Formen verwenden.

Sie können verwenden NUM_STEPS oder NUM_ELEMENTS_IN_NETWORK_PACKET wenn es sich um einen konstanten Teil oder eine Designentscheidung in Ihrem Algorithmus handelt, den Sie deutlich machen möchten.
Oder du kannst schreiben 128um es klar zu machen 128eine Konstante.

Oder schreiben 1 << 7 wenn du bei einem Wettbewerb bist und der Test so etwas gesagt hat “2^7 Mal ausführen”.

Oder Sie können angeben, dass Sie sich mit Bitoperationen auskennen!

Meiner bescheidenen Meinung nach ist Programmieren wie das Schreiben eines Briefes für zwei Personen, den Compiler und die Person, die ihn lesen muss. Was du meinst, sollte beiden klar sein.

Question 8

Es wird vom Präprozessor ausgewertet, da beide Operanden konstant sind.

Aber wenn Sie die Zahl anstelle der Bitverschiebung verwenden, sollte es nicht 0x0100 sein?