同事用“与运算“改了这几行代码，运行效率直接起飞～
正文
大家好，我是bug菌~
1
问题背景
最近由于项目指标的需求，查了下程序各个部分的运行效率，发现一直用的环形缓冲区在耗时占比中还挺突出，于是过了一遍代码并尝试着去优化一下，没想到改动不大却得到了较大的效率提升。
如下是之前环形缓冲区的一些代码片段:
#define BUFFER_SIZE 512 uint16_t buffer[BUFFER_SIZE]; uint16_t index = 0; ...... index = (index + 1) % BUFFER_SIZE; ......当程序高频率的调用含有取模的运算接口时执行时间超出了设计预期，同时在低优化等级(毕竟如果编译器进行了各种优化，那就不好聊下去了)下对取模运算进行了相关sysclock的测量，确实也是效率不高，于是我打算用更高效的运算方式把它替换掉。
2
与运算代替取模
当然了，与运算至少全面替代取模运算没那么容易，毕竟如果能够完全替代，也不会有人用取模了，当时对于嵌入式行业我觉得最有意思的是它并不需要非常的通用，嵌入式只需要在特定的领域，特定的工况下能做到极致就可以了，有取舍才能在有限的资源下把平台充分利用起来。
同样的思路取模运算确实很强大，但是我并不需要利用它所覆盖的方方面面，所以当除数是2的幂(即n = 2^k)时，与运算同样可以满足我的需求：
// 当 n 是 2 的幂（n = 2^k）时 a % n = a & (n - 1) // 等价的情况（n是2的幂） a % 8 == a & 7 // 8 = 2^3 a % 16 == a & 15 // 16 = 2^4 a % 32 == a & 31 // 32 = 2^5我们知道% 运算通常需要除法指令，开销较大，而& 运算只需要按位与，速度快很多。
所以对应环形缓存区只需要优化下：
#define BUFFER_SIZE 512 // 必须为2的幂 #define BUFFER_MASK (BUFFER_SIZE - 1) // 511 = 0x1FF uint16_t buffer[BUFFER_SIZE]; uint16_t index = 0; ...... index = (index + 1) & BUFFER_MASK; // 快速回绕 ......3
再细致一点
聊到这里，来龙去脉应该讲清楚了，其实不管了是在这一次的环形缓存区的优化中有所感悟这种方法，只要是在当除数是2的幂时这种方式都能大大提高效率，特别是一些实时性应用场景,一通百通。
比如说你要进行ADC窗口滑动:
samples[sample_index] = adc_read(); ...... // sample_index = (sample_index + 1) % WINDOW_SIZE; //直接方式 sample_index = (sample_index + 1) & WINDOW_MASK; ......一些限制和风险我们也要非常有数，一些bug大部分都是因为我们没有提前想到：
1、在性能关键路径且除数是2的幂时，才考虑使用与运算替代取模运算，其他地方其实无关痛痒也没必要替换，所以可以做一些防御性检测:
#ifndef IS_POWER_OF_TWO #define IS_POWER_OF_TWO(x) (((x) & ((x) - 1)) == 0) #endif #define QUEUE_SIZE 128 #if !IS_POWER_OF_TWO(QUEUE_SIZE) #error "QUEUE_SIZE must be power of two for optimization" #endif #define QUEUE_MASK (QUEUE_SIZE - 1)2、如果是处理负数大概率会出问题，要留意。
最后
好了，今天就跟大家分享这么多了，如果你觉得有所收获，一定记得点个赞~
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