abp竞赛－之－文本文件词频查询 优化报告

                         abp竞赛－之－文本文件词频查询 优化报告
                           HouSisong@GMail.   2007.03.15com

tag：　abp,单词统计,比赛,hash,速度优化,优化报告
摘要： 以前参加过几次abp论坛的比赛 http://www.allaboutprogram.com/bb (现在的www.cpper.com/c) 
  其中的一个竞赛的题目是《文本文件词频查询》，本文章把自己的参赛代码的优化的思路整理出来；
  很多时候优化后的版本最高达到了STL实现版本的20倍!   

(2007.04.09 确认从MFC移植过来的时候引入了一个bug,“FILE* file=fopen(argv[1], "r" ); ”应该为“FILE* file=fopen(argv[1], "rb" );  ” 找了我好久:(   谢谢 hf1414 ！)

  (2007.03.17修正一个在vc2005编译器下访问vector的bug，将代码 “TNode** end=&(_vbase[_hash_power]); ” 改为 “base_t::iterator end=_vbase.end();” )
  
  (abp现在还能够访问(只读)，会员很多都“搬迁”到了 www.cpper.com/c  :)

文本文件词频查询 竞赛要求:

OS：Windows  2000 / XP 
Compiler：VC6 / VC.net / VC.net  2003  
评判标准：正确性 + 速度 
截止时间：2003年10月11日前（含） 
方法：每个人可以多次提交。每次提交完了，我会告诉你你的成绩和最快的人的成绩。 
内容： 
一个文件，仅由大小写字母，空格和换行符组成。我们称一个词为连续的大小写字符，两边是空格或者文件头 / 尾。词大小写敏感。 
某个词的词频是这个词在这个文件里面出现的次数。 
要求，输入一个文件（至少有一个词，并且最大词频的词只有一个），输出那个词频最大的词。 
譬如，输入： 
aaa bbb 
ccc ddd 
aaa 

输出： 
aaa 

补充一句：文件可能非常大。（xxxM，xG） 
还有就是，文件中不会出现TAB。

 (测试程序的时候，我们将vc目录中的源代码文件合成了一个数据文件来作为测试数据)

一个“标准”C++实现版本： (可以作为一个STL使用的实例:)

#pragma  warning ( disable : 4786 )
#include  < iostream >  
#include  < fstream >  
#include  < string >  
#include  < map >  
#include  < time.h >
using   namespace  std; 

int  main( int  argc,  char *  argv[]) 
{ 
    // assert(argc==2);
   clock_t start = clock();
    const   char *  file_name = argv[ 1 ];
   ifstream in_file(file_name); 

   map < string , int >  word_table; 
    string  max_word;  
    long  max_count = 0 ;
    string  word; 
    while (in_file  >>  word) 
   { 
      long old_count_inc=(++word_table[word]);
      if(old_count_inc>max_count)
      {
          max_word=word;
          max_count=old_count_inc;  
      }
   } 
   cout << "  Word:  " << max_word << "  Count:  " << max_count << endl; 
   cout << "  Seconds =  " << ( ( double )(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC ) << endl;

    return   0 ; 
} 

 
我用的测试编译器vc6.0 , CPU赛扬2.0G
下面的代码很多时候速度是上面的版本的20倍,源代码如下(优化说明在代码之后);
（我以前提交的代码使用了MFC库，为了容易编译和理解，我做了一些代码调整,去除MFC依赖，把一个复杂的代码循环展开删除了，可能慢了10%） 

#pragma  warning ( disable : 4786 )
#include  < stdio.h >
#include  < time.h >
#include  < iostream >   
#include  < string >  
#include  < vector >  
#include  < algorithm >  

namespace  { 
    class  CMyAllot  
   { 
       enum  { chunk_size = 1024 * 256   }; // 块大小 
       char *    _cur; 
       char *    _end; 
      std::vector < char *>  _vector; 
       void *     _new_else(unsigned  int  size); 
    public : 
      CMyAllot() :_end( 0 ),_cur( 0 ) { } 
       virtual   ~ CMyAllot() {  if  ( ! _vector.empty()) DelAll(); } 
      inline  void *  _fastcall   New(unsigned  int  size) 
      { 
         size = ((size + 3 ) >> 2 << 2 ); // 4字节边界对齐 
          if  (( int )size < (_end - _cur)) // 够用 
         { 
             char *  result = _cur; 
            _cur += size; 
             return  result; 
         } 
          else   // 不够用 
             return  _new_else(size); 
      } 
       void    DelAll() 
      { 
          for  ( int  i = 0 ;i < ( int )_vector.size(); ++ i) 
            delete [] (_vector[i]); 
         _vector.clear(); 
      } 
   }; 
    void *  CMyAllot::_new_else(unsigned  int  size) 
   { 
       if  (size > (chunk_size >> 2 )) // 不够用，而且需要的空间较大 
      { 
          char *  result = new   char [size]; 
          char *  old_back = _vector.back(); 
         _vector[_vector.size() - 1 ] = result; 
         _vector.push_back(old_back); 
          return  result; 
      } 
       else   // 不够用，开辟新的空间 
      { 
          char *  result = new   char [chunk_size]; 
         _cur = result + size; 
         _end = result + chunk_size; 
         _vector.push_back(result); 
          return  result; 
      } 
   } 


    struct  TNode // hash表使用的节点类型(链表) 
   { 
      TNode *          pNext; 
      unsigned  int    count; 
       char          str[ 1 ];    // 不一定只有一个字节,会根据字符串分配空间 
       struct  TComp // 返回时的排序准则 
      { 
          bool   operator ()( const  TNode *  l, const  TNode *  r) 
         { 
             if  ((l -> count) == (r -> count)) 
            { 
                return  std:: string ( & l -> str[ 0 ]) < ( & r -> str[ 0 ]); 
            } 
             else  
                return  (l -> count) > (r -> count); 
                
         } 
      }; 
   }; 
   inline unsigned  int  _fastcall hash_value( char *  begin, char *  end) 
   { 
      unsigned  int  result = 0 ;       
       do {  
         result = 5 * result + ( * begin);    // 利用asm: lea reg0,[reg1*4+reg1],并且5是质数 
      } while (( ++ begin) != end); 
       return  result; 
   } 
   inline unsigned  int  _fastcall hash_value( char *  pstr) 
   { 
      unsigned  int  result = 0 ; 
       do {  result = 5 * result + ( * pstr); ;    // 利用asm: lea reg0,[reg1*4+reg1],并且5是质数 
      } while (( * ( ++ pstr))); 
       return  result; 
   } 
    // 测试字符串是否相同, 如果需要不区分大小写，修改这个函数和hash函数就可以了 
   inline   bool  _fastcall test_str_EQ( char *  begin, char *  end, char *  str) 
   { 
       // for (;begin!=end;++begin,++str) 
       //    if ( (*begin)!=*(str) ) return false; 
       do { 
          if  ( ( * begin) !=* (str) )  return   false ; 
          ++ begin; ++ str; 
      } while (begin != end); 
       return   true ; 
   } 
} 


class  CHashSet 
{ 
   typedef std::vector < TNode *>  base_t; 

   inline unsigned  int   hash_index( char *  begin, char *  end)  const  
      {  return  hash_value(begin,end) & (_hash_mask); } 
   inline unsigned  int   hash_index( char *  pstr)  const  
      {  return  hash_value(pstr) & (_hash_mask); } 

    void          resize(); 
    void  _fastcall   move_insert(base_t &  v,TNode *  pOldNode)  const ; 
   TNode *    _fastcall NewNode( char *  begin, char *  end); 
    void          Sort(base_t &  v,unsigned  int  sortCount); 

   unsigned  int       _hash_power; 
   unsigned  int       _hash_mask; 
   unsigned  int       _node_count; 
   base_t            _vbase; 
   CMyAllot         _allot; 

    void  _fastcall   else_insert(TNode *  pNode, char *  begin, char *  end); 

public : 
   CHashSet(); 
    virtual   ~ CHashSet(); 
   unsigned  int       size()  const  {  return  _node_count; } 
   unsigned  int       sum(); 
    void  _fastcall      insert( char *  begin, char *  end); 
    void             GetStrList(std::ostream &  cout,unsigned  int  sortCount);    

}; 



CHashSet::CHashSet() 
:_hash_power( 2 ),_vbase((unsigned  int )(_hash_power),(TNode * ) 0 ) // 注意次序 
{ 
   _node_count = 0 ; 
   _hash_mask = _hash_power - 1 ; // _hash_power=1<<n; 
} 

CHashSet:: ~ CHashSet() 
{ 
   _allot.DelAll(); 
} 

unsigned  int  CHashSet::sum() 
{ 
   unsigned  int  sum = 0 ; 
    if (_node_count > 0 ) 
   { 
      base_t::iterator end = _vbase.end();
       for  (base_t::iterator i = _vbase.begin();i < end; ++ i) 
      { 
         TNode *  pNode = ( * i); 
          while  (pNode != 0 ) 
         { 
            sum += pNode -> count; 
            pNode = pNode -> pNext; 
         } 
      } 
   } 
    return  sum; 
} 

void  _fastcall CHashSet::insert( char *  begin, char *  end) 
{ 
   unsigned  int  index = hash_index(begin,end); 
   TNode *  pNode = _vbase[index]; 
    if  ( ! pNode) // 节点还没有使用 
   { 
      _vbase[index] = NewNode(begin,end); 
       ++ _node_count; 
   } 
    else  
   { 
       if  (test_str_EQ(begin,end,pNode -> str)) // 累加 
          ++ (pNode -> count); 
       else  
         else_insert(pNode,begin,end); 
   } 
} 

void  _fastcall CHashSet::else_insert(TNode *  pNode, char *  begin, char *  end) 
{ 
    while  ( true ) 
   { 
       if ( ! (pNode -> pNext)) 
      { 
         pNode -> pNext = NewNode(begin,end); 
          ++ _node_count; 
          if (_node_count >= (_hash_power)) 
            resize(); 
          break ; 
      } 
       else   if  (test_str_EQ(begin,end,pNode -> pNext -> str)) 
      { 
          ++ (pNode -> pNext -> count); 
          break ; 
      } 
      pNode = pNode -> pNext; 
   }; 
} 


void  _fastcall CHashSet::move_insert(base_t &  v,TNode *  pOldNode)  const  
{ 
   TNode *&  pNode  =  v[hash_index(pOldNode -> str)]; 
   pOldNode -> pNext = 0 ; 
    if  ( ! pNode) // 节点还没有使用 
   { 
      pNode = pOldNode; 
   } 
    else  
   { 
       if  ( ! pNode -> pNext) 
      { 
         pNode -> pNext = pOldNode; 
      } 
       else  
      { 
         TNode *  pListNode = pNode -> pNext; 
          while  (pListNode -> pNext != 0 ) 
            { pListNode = pListNode -> pNext; } 
         pListNode -> pNext = pOldNode; 
      } 
   } 
} 


TNode *  _fastcall CHashSet::NewNode( char *  begin, char *  end) 
{ 
   TNode *  pNode = (TNode * )(_allot.New( sizeof (TNode) + end - begin)); 
   pNode -> pNext = 0 ; 
   pNode -> count = 1 ; 
    char *  i = pNode -> str; 
    // for (;begin!=end;++i,++begin) 
    //    (*i)=(*begin); 
    do {  
      ( * i) = ( * begin);  ++ i, ++ begin; 
   }  while (begin != end); 
   ( * i) = char ( 0 ); 

    return  pNode; 
} 

void  CHashSet::resize() 
{ 
    if (_node_count >= (_hash_power)) 
   { 
      base_t::iterator end = _vbase.end();
      _hash_power <<= 2 ; 
      _hash_mask = (_hash_power) - 1 ; 
       
      base_t   new_vbase(_hash_power,(TNode * ) 0 ); 
       for  (base_t::iterator i = _vbase.begin();i != end; ++ i) 
      { 
         TNode *  pNode = ( * i); 
          while  (pNode != 0 ) 
         { 
            TNode *  temp = pNode -> pNext; 
            move_insert(new_vbase,pNode); 
            pNode = temp; 
         } 
      } 
      _vbase.swap(new_vbase); 
   } 
} 



/// / 


void    CHashSet::Sort(base_t &  v,unsigned  int  sortCount) 
{ 
    if  (sortCount == 1 ) 
   { 
      v.resize( 1 ); 
      base_t::iterator end = _vbase.end(); 
      TNode *  maxNode = _vbase[ 0 ]; 
      TNode::TComp op; 
       for  (base_t::iterator i = _vbase.begin();i != end; ++ i) 
      { 
         TNode *  pNode = ( * i); 
          while  (pNode != 0 ) 
         { 
             if  ( (maxNode == 0 ) || (op(pNode,maxNode)) ) 
               maxNode = pNode; 
            pNode = pNode -> pNext; 
         } 
      } 
      v[ 0 ] = maxNode; 
   } 
    else  
   { 
      v.resize(_node_count); 
       int  index = 0 ; 
       if (_node_count > 0 ) 
      { 
         TNode **  end =& (_vbase[_hash_power]); 
          for  (TNode **  i =& (_vbase[ 0 ]);i != end; ++ i) 
         { 
             
            TNode *  pNode = ( * i); 
             while  (pNode != 0 ) 
            { 
               v[index] = pNode; 
                ++ index; 
               pNode = pNode -> pNext; 
            } 
         } 
      } 
      std::partial_sort(v.begin(),v.begin() + sortCount,v.end(),TNode::TComp()); 
   } 
} 

void  CHashSet::GetStrList(std::ostream &  cout,unsigned  int  sortCount) 
{ 
    if  (_node_count >= 1 ) 
   { 
       if  (sortCount == 0 ) 
         sortCount = _node_count; 
       else   if  (_node_count < sortCount)
         sortCount = _node_count; 
      base_t v; 
      Sort(v,sortCount); 
       for  ( int  i = 0 ;i < ( int )sortCount; ++ i) 
      { 
          std::cout << "  单词:  " << ( & (v[i] -> str[ 0 ])) << "  计数:  " << (v[i] -> count) << std::endl; 
      } 
   } 
} 



class  CWords  
{ 
private : 
    enum  { cibuf_size  =   4096  };       // 缓冲区最佳大小 
    int             buf_size;          // 动态缓冲区大小 
    char *          pBuf;             // 指向缓冲区 
    static   void  CreateGainTab();       // 构造“词”分析用的表 
    int   privateGainWord( int  dx, int  start_offset, bool  isEndGain); 

   inline  int   GainWord( int  dx, int  start_offset); // 从缓冲区获取词； 
   inline  void  endGainWord( int  dx, int  start_offset); // 从缓冲区获取词,处理文件尾； 
    void  _fastcall PushWord( char *  begin, char *  end); 
   __int64      _CPUCount; 
   CHashSet   _hash_set; 
public : 
   CWords(); 
    virtual   ~ CWords(); 

    void  toDo(FILE *  file); // 循环读取文件数据到内存缓冲区 
    void  GetResult(std::ostream &  cout,unsigned  int  sortCount); 
}; 

namespace  { 
    static  unsigned  int    GainTab[ 256 ];    // 进行词法分析的表 
} 
// 构造“词”分析用的表 
void  CWords::CreateGainTab() 
{ 
    //  
    static   bool  IsDo = false ; 

    if  (IsDo)  return ; 

    for  ( int  i = 0 ;i < 256 ; ++ i) 
   { 
       if  (   ((i >= ' A ' ) && (i <= ' Z ' )) 
          ||  ((i >= ' a ' ) && (i <= ' z ' )) 
          // || (i=='_') 
          // || ((i>='0')&&(i<='9')) 
         ) 
         GainTab[i] = unsigned  int ( - 1 ); 
       else  
         GainTab[i] = 0 ; 
   } 

   IsDo = true ; 
} 


CWords::CWords() 
{ 
} 

CWords:: ~ CWords() 
{ 
} 

#define  asm __asm
__declspec( naked ) __int64 CPUCycleCounter() // 获取当前CPU周期计数(CPU周期数) 
{ 
   asm 
   { 
      RDTSC     // 0F 31   // eax,edx 
      ret 
   } 
} 



// 循环读取文件数据到内存缓冲区 
void  CWords::toDo(FILE *  file) 
{ 
   _CPUCount = ::CPUCycleCounter(); 

   std::vector < char >  BufData(cibuf_size); 
   buf_size = BufData.size(); 
   pBuf =& BufData[ 0 ]; 

    // get file length
   fseek(file, 0 ,SEEK_END);   
    int  file_length  =  ftell(file);   
   fseek(file, 0 ,SEEK_SET);      
    int  file_pos  = 0 ;   
    
   CreateGainTab(); 
    int  dx = 0 ; 
    int  start_offset = 0 ; 
    while  ( true ) 
   { 
       if  (file_pos + (buf_size - dx) <= file_length) 
      { 
         fread(pBuf + dx,buf_size - dx, 1 ,file); 
         file_pos += (buf_size - dx);
         dx = GainWord(dx,start_offset); 

         start_offset = 0 ;
          if  (dx < 0 )  // 处理超长单词 
         { 
            start_offset = buf_size + dx; // 放大缓冲区 
            dx = buf_size; 
            BufData.resize(dx * 2 ); 
            buf_size = BufData.size(); 
            pBuf =& BufData[ 0 ]; 
         } 
          else   // if ( (dx<(cibuf_size>>1)) && (buf_size>(cibuf_size<<1)) ) 
         { 
             // BufData.resize(cibuf_size); // 减小缓冲区 
             // pBuf=&BufData[0]; 
             // buf_size=BufData.size(); 
         } 

      } 
       else  
      { 
          int  bordercount = ( int )(file_length - file_pos); 
          if  (bordercount > 0 ) 
         { 
             fread(pBuf + dx,bordercount, 1 ,file); 
             buf_size = dx + bordercount; 
              // file_pos+=(bordercount);
             endGainWord(dx,start_offset); 
         } 

          break ;  // end while
      } 
   } 
   _CPUCount = ::CPUCycleCounter() - _CPUCount; 
} 

int  CWords::privateGainWord( int  dx, int  start_offset, bool  isEndGain)
{
    char *  pStart = pBuf + start_offset; 
    char *  pEnd = pBuf + buf_size; 
    int  IsInWord = (dx != 0 ) ? int ( - 1 ): 0 ;    // 是否处于“词”中 
    char *  i = pBuf + dx; 

    for  (;i != pEnd; ++ i) 
   { 
       if  (IsInWord ^ GainTab[ * (unsigned  char * )i]) 
      { 
          if  (IsInWord) 
            PushWord(pStart,i); 
          else  
            pStart = i; 
         IsInWord = ( ~ IsInWord); 
      } 
   } 

    /////////  
   dx = 0 ; 
    if  (IsInWord) 
   { 
       if  (isEndGain)
          PushWord(pStart,pEnd);   // 最末尾的一个词 
       else
      {
          dx = pEnd - pStart; 
           if  (dx > (buf_size >> 1 )) // 超长单词特殊处理 
             dx = ( - dx);  // 特殊标记！
           else  
          { 
              for  ( int  i = 0 ;i < dx; ++ i) // 把没有处理完的单词拷贝到缓冲区开头 
                pBuf[i] = pStart[i]; 
          } 
      }
   } 
    return  dx; 
}


int  CWords::GainWord( int  dx, int  start_offset) 
{ 
     return  privateGainWord(dx,start_offset, false );
} 


void  CWords::endGainWord( int  dx, int  start_offset) 
{ 
    privateGainWord(dx,start_offset, true );
} 


void  CWords::GetResult(std::ostream &  cout, unsigned  int  sortCount) 
{ 
   std::cout << "  无重复单词数:  " << _hash_set.size() << "  单词总数:  " << _hash_set.sum() << std::endl; 
   std::cout << "  CPU周期计数:  " << ( long )_CPUCount << std::endl; 
   _hash_set.GetStrList(cout,sortCount); 
} 


inline  void  _fastcall CWords::PushWord( char *  begin, char *  end) 
{ 
   _hash_set.insert(begin,end); 
} 


////////////////////////////// / 



int  CreateTxtFile( char *  argv[]); 
int  toWork( int  argc, char *  argv[]); 
const   char  sParameter [] = " Cpt_hss filename [/N] " ; 

// 主程序 
int  main( int  argc,  char *  argv[]) 
{ 
    if  (argc <= 1 ) 
   { 
      std::cout << ( " 请输入文件名称! " ); 
      std::cout << sParameter;    
      std::cout << std::endl;   
       return   0 ; 
   } 
    if  (std:: string (argv[ 1 ]) == " /? " ) 
   { 
      std::cout << ( " 统计文件中单词出现频率。 " );    
      std::cout << (sParameter);       
      std::cout << ( "   filename      指定需要进行统计的文件的名称 " );       
      std::cout << ( "   [/N]          显示出现频率最高的前N个单词; " );       
      std::cout << ( "                 如果单词出现频率相同,则按字母顺序排列; " );       
      std::cout << ( "                 N默认为1; " );       
      std::cout << ( "                 当N=0时,表示全部显示。 " );       
      std::cout << std::endl;
       return   0 ; 
   } 

    return  toWork(argc,argv); 

} 

int  toWork( int  argc, char *  argv[]) 
{ 
   clock_t start = clock();

   FILE *  file = fopen(argv[ 1 ], " rb " ); 
    if  (file == 0 ) 
   { 
      std::cout << ( " 打开文件时发生错误! " ); 
      std::cout << (sParameter);       
       return   0 ; 
   } 
   unsigned  int  sortCount = 1 ; 
    if  (argc == 3 ) 
      sortCount = atoi(argv[ 2 ] + 1 ); 

   CWords words; 
   words.toDo(file);    

   fclose(file); 
   words.GetResult(std::cout,sortCount); 
   std::cout << "  Seconds =  " << ( ( double )(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC ) << std::endl;
    return   0 ; 
}

 

重点优化说明: （这是本篇文章的重点，讲解一些基本的优化策略）

1.在读取文件方面，使用了一个自己管理的内存缓冲区来读取文件的数据；
（这样处理以后读文件占的时间约占总时间的1/7，还可以进一步优化：
进一步改进方案a：可以考虑用另一个线程异步来加载文件数据(当前处理大量文件数据的高效方案)；
进一步改进方案b：如果文件不太大可以考虑使用内存映射技术来优化这一块，代码也简单很
多，而单词的表示也可以采用一个指针加一个长度(或者用头尾两个指针，或者一个指针+哨兵
位(推荐))来表示，从而避免一次深拷贝）

2.建立了一个查询表GainTab[256]用来判断一个字母是否是单词还是空白区域；
比如：可以把( ((C>='A')&&(C<='Z'))||((C>='a')&&(C<='z')) ) 简写为 ( GainTab[C]!=0 )

(其实也可以建立一个64k的表来捕捉状态，同时用两个字节来查表...)
  
3.把查找单词的扫描过程理解为从单词区域到空白区域的状态转换(这句可能不好理解);
比如一般常见的实现伪代码：

char *  i = pBegin;
while (i!=pEnd)
{
    while((i!=pEnd)&&(!GainTab[*(unsigned char*)i])) //寻找到单词开头
        ++i;
    pStart=i;
    while((i!=pEnd)&&(GainTab[*(unsigned char*)i]))  //寻找该单词结束位置
        ++i;
    if (pStart!=i)
        PushWord(pStart,i);
}

 我的代码：

for  ( char *  i = pBegin;i != pEnd; ++ i) 
{ 
     if  (IsInWord ^ GainTab[ * (unsigned  char * )i])  // 捕捉所属区域状态的变化
    { 
         if  (IsInWord) 
            PushWord(pStart,i); 
         else  
            pStart = i; 
        IsInWord = ( ~ IsInWord); 
    } 
} 

该算法处理两个状态:是否在单词中、“是否在单词中”的状态是否改变；
从而消除了内部的一个循环框架，这在单词和空际较小时将带来更多好处;
（在本程序中可能所起作用不大，这里耗的时间不多，反而调用PushWord的花掉的时间更多）

(还有一个有用的见解：“经过3个字节最多能够计数一个单词”，比如利用这个观点可以建立
2字节或3字节的查询表(表的大小的取舍需要考虑CPU的缓冲区大小)，同时处理更多的字节)

4.为了优化单词使用的内存，减少动态内存分配，自定义了一个CMyAllot类来管理内存的分配

5.我使用了一个自定义的hash表CHashSet(准确点应该叫做map)来储存找到的单词(hash表具有平
均常数时间的单词查找能力)，表的大小会随着无重复单词数的增加而动态增长：某个HashItem
不可用时，会把新的单词加到HashItem后面，即HashItem形成一个单向list,当hash表的负债超过
某个阈值的时候,就会增大表的大小,然后所有的元素重新转移到新的表；

6.我的hash表的大小只可能为2的整数次方，所以hash值在映射到HashItem的序号时可以使用快速
的&运算(hash_value&_hash_mask);  等价于(hash_value%hash_size) , 优化掉一次求余运算
(求余和除法都是很慢的操作)
 

补充: 我尝试过把char字符流当作wchar_t* 流来处理，希望提高吞吐量
但为保证结果正确代码逻辑变得稍微复杂了一些，结果在我的机子上速度几乎没有变！