Warum gibt der Modulo-Operator von C manchmal negative Zahlen zurück?

Warum C negative Zahlen für den Modulo-Operator ausgibt

In der Mathematik führt die Modulo-Operation zu einem nicht negativen Wert, wenn beide Operanden es sind nicht negativ. In C gibt Modulo jedoch negative Zahlen aus, wenn einer oder beide Operanden negativ sind.

ISO/IEC 14882-Spezifikation

Gemäß ISO/IEC 14882:2003(E ) ergibt der Modulo-Operator den Rest der Division des ersten Operanden durch den zweiten. Wenn der zweite Operand negativ ist, ist das Vorzeichen des Ergebnisses durch die Implementierung definiert.

Begründung für die C-Implementierung

Die C-Implementierung folgt dem Algorithmus „Rundung gegen Null“. definiert in ISO/IEC 1539:1991. Dieser Algorithmus rundet den Quotienten der Division gegen Null, sodass negative Zahlen auf positive Zahlen gerundet werden. Die Erinnerung wird dann als Differenz zwischen dem ursprünglichen Dividenden und dem Produkt aus Quotient und Divisor berechnet.

Architektonische Überlegungen

Auf x86-Prozessoren gelten Ganzzahldivision und Modulo wird von einer einzelnen Anweisung namens „idiv“ (oder „div“ für vorzeichenlose Werte) ausgeführt. Diese Anweisung erzeugt sowohl den Quotienten als auch den Rest in separaten Registern.

Vorrang von Effizienz und Kompatibilität

C und C geben Effizienz und Kompatibilität Vorrang vor mathematischer Korrektheit. Ganzzahlige Division und Modulo sind häufig verwendete Operationen, und ihre effiziente Implementierung mithilfe der idiv-Anweisung des Prozessors vereinfacht die Implementierung und reduziert den Overhead.

Darüber hinaus stellt die Wahrung der Kompatibilität mit C sicher, dass C-Code problemlos mit vorhandenen C-Codebasen verbunden werden kann.

Auswirkungen auf den Datenstrukturzugriff

Bei Verwendung von Modulo für den Zugriff auf Elemente von Daten Struktur ist es wichtig sicherzustellen, dass das Ergebnis nicht negativ ist. In Fällen, in denen negative Werte entstehen können, ist möglicherweise zusätzliche Logik erforderlich, um das Ergebnis in einen positiven Index umzuwandeln.

Alternative Implementierungen

Während der ISO/IEC-Standard dies nicht tut Da Modulo immer positive Werte zurückgibt, haben sich einige Sprachen für einen anderen Ansatz entschieden. Beispielsweise gibt der %-Operator von Python immer einen nicht negativen Wert zurück, auch wenn die Operanden negativ sind.

Fazit

Die C-Implementierung des Modulo-Operators gibt negative Zahlen aus wenn einer oder beide Operanden aufgrund einer Kombination aus architektonischen Überlegungen, der Einhaltung des ISO/IEC-Standards und einer Priorisierung von Effizienz und Kompatibilität mit C negativ sind. Dieses Verhalten kann zwar auftreten Obwohl dies in bestimmten Kontexten kontraintuitiv zu sein scheint, spiegelt es die praktischen Implementierungsentscheidungen wider, die beim Design der C-Sprache getroffen wurden.

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