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c++ - intmax 有效除法

coder 2024-02-14 原文

我有一个 uint32_t 类型的整数，我想将它除以 uint32_t 的最大值，并获得 float 的结果(在 0..1 范围内)。

当然，我可以做到以下几点:

float result = static_cast<float>(static_cast<double>(value) / static_cast<double>(std::numeric_limits<uint32_t>::max()))

然而，这是相当多的转换过程，而且这个部门本身可能很昂贵。

有没有一种方法可以更快地实现上述操作，而无需除法和多余的类型转换？或者也许我不应该担心，因为现代编译器已经能够生成高效的代码？

编辑:除以 MAX+1，有效地在 [0..1) 范围内给我一个 float 也可以。

更多上下文:

我在时间关键的循环中使用上述转换，uint32_t 是从相对快速的随机数生成器(例如 pcg)生成的。我预计上述转换的转换/除法可能会对我的代码的性能产生一些明显的负面影响，尽管不是压倒性的。

最佳答案

这听起来像是一份工作:

std::uniform_real_distribution<float> dist(0.f, 1.f);

我相信这可以让您无偏见地转换为 float在 [0, 1) 范围内尽可能高效。如果您希望范围为 [0, 1]你可以使用这个:

std::uniform_real_distribution<float> dist(0.f, std::nextafter(1.f, 2.f))

这是一个示例，其中包含一个非随机 数字生成器的两个实例，它为 uint32_t 生成最小值和最大值:

#include <iostream>
#include <limits>
#include <random>

struct ui32gen {
    constexpr ui32gen(uint32_t x) : value(x) {}
    uint32_t operator()() { return value; }
    static constexpr uint32_t min() { return 0; }
    static constexpr uint32_t max() { return std::numeric_limits<uint32_t>::max(); }
    uint32_t value;
};

int main() {
    ui32gen min(ui32gen::min());
    ui32gen max(ui32gen::max());

    std::uniform_real_distribution<float> dist(0.f, 1.f);

    std::cout << dist(min) << "\n";
    std::cout << dist(max) << "\n";
}

输出:

0
1

Is there a way to achieve the operation faster, without division and excess type conversions?

如果您想手动执行与 uniform_real_distribution 类似的操作确实如此(但速度更快，并且稍微偏向于较低的值)，您可以定义这样的函数:

// [0, 1)  the common range
inline float zero_to_one_exclusive(uint32_t value) {
    static const float f_mul =
        std::nextafter(1.f / float(std::numeric_limits<uint32_t>::max()), 0.f);

    return float(value) * f_mul;
}

它使用乘法而不是除法，因为乘法通常要快一点(比您最初的建议)并且只有一种类型转换。这是 division vs. multiplication 的比较.

如果你真的希望范围是[0, 1] , 你可以像下面那样做，与 std::uniform_real_distribution<float> dist(0.f, std::nextafter(1.f, 2.f)) 相比，它也会稍微偏向于较低的值会产生:

// [0, 1]  the not so common range
inline float zero_to_one_inclusive(uint32_t value) {
    static const float f_mul = 1.f/float(std::numeric_limits<uint32_t>::max());

    return float(value) * f_mul;
}

这是一个 benchmark比较uniform_real_distribution至 zero_to_one_exclusive和 zero_to_one_inclusive .

关于c++ - intmax 有效除法，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/57569846/

ampintmaxcodefloatuintc++

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