C语言中有关取模和取余的问题

余数在数学中有重要的作用,在编程中也同样重要。不过,在不同编程语言中,有关余数的运算问题往往是不相同的。

对于正数的运算,相信有小学基础的人都能理解,没有什么问题:

  • 14 / 6 = 2 ··· 2,因为 14 = 2x6+2

但对于负数的运算,可能会出现以下几种情况:

  • -14 / 6 = -2 ··· -2,因为 -14 = (-2)x6+(-2)
  • -14 / 6 = -3 ··· 4,因为 -14 = (-3)x6+4
  • -14 / -6 = 2 ··· -2,因为 -14 = 2x(-6)+(-2)
  • -14 / -6 = 3 ··· 4,因为 -14 = 3x(-6)+4

这说明 -14 除以 6 和 -14 除以 -6 都有两个余数,这是怎么回事呢?

在数学中,余数的定义如下:

如果 a 和 d 是两个自然数,d 不等于 0,可以证明存在两个唯一的整数 q 和 r,满足 a = q * d + r,且 0 ≤ r < d。其中,q 被称为商,r 被称为余数。

所以,数学中的余数只能大于 0,按照定义,-14 除以 -6 的余数只能是 4。不过很遗憾,许多编程语言并不按照数学的定义来。

取余运算(rem)

取余运算的步骤为:

  • 计算商:c = a / b,商值 c 向 0 方向舍入
  • 计算模或者余数: r = a - c * b

朝 0 取整:

  • 当 c 为正时,舍弃其小数部分的值
  • 当 c 为负时,也是舍弃其小数部分的值
  • 比如,2.33 朝 0 取整后为 2,而 -2.33 朝 0 取整后为 -2

在 C 语言中 % 采用的是取余运算。

  • 14 rem 6 = 2,因为 14 = 2x6+2
  • -14 rem 6 = -2,因为 -14 = (-2)x6+(-2)
  • 14 rem -6 = 2,因为 14 = (-2)x(-6)+2
  • -14 rem -6 = -2,因为 -14 = 2x(-6)+(-2)

取模运算(mod)

取模运算的步骤为:

  • 计算商:c = a / b,商值 c 向负无穷方向舍入
  • 计算模或者余数: r = a - c * b

朝负无穷方向取整:

  • 当 c 为正时,舍弃其小数部分的值
  • 当 c 为负时,加 -1,舍弃其小数部分的值
  • 比如,2.33 朝负无穷方向取整后为 2,而 -2.33 朝负无穷方向取整后为 -3

在 Python 中 % 采用的是取模运算。

  • 14 mod 6 = 2,因为 14 = 2x6+2
  • -14 mod 6 = 4,因为 -14 = (-3)x6+4
  • 14 mod -6 = -4,因为 14 = (-3)x(-6)+(-4)
  • -14 mod -6 = -2,因为 -14 = 2x(-6)+(-2)

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