模除

模除（，有时也称作 modulus），又稱模数、取模、取模運算等，它得出一个数除以另一个数的余数。给定两个正数：被除数和除数，（通常缩写为），得到的是使用欧几里得除法时的余数。所得之数被称为的小数部份。

举个例子：计算表达式得到，因为的商为而余数为；而得到，因为的商为而余数为；做除法不能整除时得到是有理数，平常使用的计算器采用了有限个数位的十进制表示法，它以小数点分隔整数部份和小数部份，比如。

虽然通常情况下模除的被除数和除数都是整数，但许多计算系统允许其他类型的数值运算，比如对浮点数取模。在所有计算系统中当被除数和除数都是正数时，结果的余数的范围为；而经常是未定义的，在编程语言里可能会导致除以零错误。当被除数或除数为负数时，不同的编程语言对结果有不同的处理。

 各种定义 

在数学中，取模运算的结果就是欧几里德除法的余数。当然也有许多其他的定义方式。计算机和计算器有许多种表示和储存数字的方法，因此在不同的硬件环境下、不同的编程语言中，取模运算有着不同的定义。

几乎所有的计算系统中，除以得到商和余数均满足以下式子：

即使如此，当余数非时，余数的符号仍然是有歧义的：余数非时，它的符号有两种选择，一个是正号而另一个是负号。通常情况下，在数论中总是选择正余数。但在编程中，选择余数的符号依赖于编程语言和被除数或除数的符号。在编程语言所定义的整数模除中，ISO/IEC标准PascalA term of the form i div j shall be an error if j is zero; otherwise, the value of i div j shall be such that
abs(i) - abs(j) < abs((i div j) * j) <= abs(i)
where the value shall be zero if abs(i) < abs(j); otherwise, the sign of the value shall be positive if i and j have the same sign and negative if i and j have different signs.
A term of the form i mod j shall be an error if j is zero or negative; otherwise, the value of i mod j shall be that value of (i - (k * j)) for integral k such that 0 <= i mod j < j.
NOTE 2 — Only for i >= 0 and j > 0 does the relation (i div j) * j + i mod j = i hold.

div  divide and truncate (i.e., value is not rounded)mod  modulus: let Remainder = A - (A div B) * B;  if Remainder < 0 then A mod B = Remainder + B
  otherwise A mod B = Remainder和ALGOL 6810.2.3.3. Operations on integral operands
……
 m) OP «÷, %, OVER» = (L INT a, b) L INT:
       IF b ≠ L 0
       THEN L INT q := L 0, r := ABS a;
          WHILE (r := r - ABS b) ≥ L 0 DO q := q + L 1 OD;
          (a < L 0 AND b > L 0 OR a ≥ L 0 AND b < L 0 | -q | q)
       FI;
 n) OP «÷×, ÷*, %*, MOD» = (L INT a, b) L INT:
       (L INT r = a - a ÷ b × b; r < 0 | r + ABS b | r);，在计算出的余数r为负数时，返回正数作为结果；另一些编程语言如ISO/IEC C90，当被除数或除数是负数时，C90标准并没有做具体的规定，而是留给编译器去定义并实现C99 reflects almost universal processor behavior (as does the Fortran Standard). This definition truncates toward zero and the expression (-(a/b) == (-a)/b) && (-(a/b) == a/(-b)) is always true. It also means that the absolute value of the result does not depend on the signs of the operands; for example:
+10 / +3 == +3 +10 % +3 == +1 -10 / +3 == -3 -10 % +3 == -1+10 / -3 == -3 +10 % -3 == +1 -10 / -3 == +3 -10 % -3 == -1
C90
When integers are divided and the division is inexact, if both operands are positive the result of the / operator is the largest integer less than the algebraic quotient and the result of the % operator is positive. If either operand is negative, whether the result of the / operator is the largest integer less than or equal to the algebraic quotient or the smallest integer greater than or equal to the algebraic quotient is implementation-defined, as is the sign of the result of the % operator.
If either operand is negative, the behavior may differ between C90 and C99, depending on the implementation-defined behavior of the C90 implementation.
#include <stdio.h>

int main(void)
{
int x = -1,
y = +3;
if ((x%y > 0) ||
    ((x+y)%y == x%y))
    printf("This is a C90 translator behaving differently than C99\n");
}
Quoting from the C9X Revision Proposal, WG14/N613, that proposed this change:
The origin of this practice seems to have been a desire to map C’s division directly to the “natural” behavior of the target instruction set, whatever it may be, without requiring extra code overhead that might be necessary to check for special cases and enforce a particular behavior. However, the argument that Fortran programmers are unpleasantly surprised by this aspect of C and that there would be negligible impact on code efficiency was accepted by WG14, who agreed to require Fortran-like behavior in C99.。在大多数系统中是未定义的，虽然有些系统定义它就等于。更多详情参见后续章节表格。

 记号 
一些计算器有取模按钮，很多编程语言里也有类似的函数，通常像mod(a, n)这样。有些语言也支持在表达式内使用%、mod或Mod作为取模或取余操作符，比如a % n或a mod n。

在一些没有函数的环境中或许可使用等价的：a - (n * int(a/n))。这里的int()函数事实上等价于截断函数。

 性质及恒等式 
一些取模操作，经过分解和展开可以等同于其他数学运算。这在密码学的证明中十分有用，例如：迪菲-赫爾曼密鑰交換。
 恒等式：

 对所有的正整数  有：
 如果  是一个质数，且不为  的因数，此时由费马小定理有：
 逆运算：
 .
  表示模反元素。当且仅当  与  互质时，等式左侧有定义：。
 分配律：


 除法定义：仅当式子右侧有定义时，即 、 互质时有：，其他情况为未定义的。
 乘法逆元：.

编程语言实现
+ 在各种编程语言中的模除运算 语言 算符 整数 浮点数 定义 ABAP    欧几里得式 ActionScript    截断 Ada    下取整    截断 ALGOL 68 ,    类似欧几里得式 AMPL    截断 APL |   下取整 AppleScript    截断 AutoLISP    截断 AWK    截断 bash    截断 BASIC    实现各异 bc    截断 CC++ ,    截断  (C) (C++)   截断  (C) (C++)   修约 C#    截断    修约     截断 Clean    截断 Clojure    下取整    截断 COBOL    下取整    截断 CoffeeScript    截断    下取整 ColdFusion ,    截断 Common Intermediate Language  (有符号)   截断  (无符号)    Common Lisp    下取整    截断  ,    下取整    截断 D    截断 Dart    欧几里得式    截断 Eiffel    截断 Elixir    截断    下取整 Elm    下取整    截断 Erlang    截断    截断 (同于C) Euphoria    下取整    截断 F#    截断    修约 Factor    截断 FileMaker    下取整 Forth    实现定义    下取整    截断 Fortran    截断    下取整     下取整     下取整    截断 GLSL    未定义    下取整 GameMaker Studio (GML) ,    截断 GDScript (Godot)    截断    截断    欧几里得式    欧几里得式 Go    截断    截断    欧几里得式    截断 Groovy    截断 Haskell    下取整    截断  (GHC)   下取整 Haxe    截断 HLSL    未定义 J |   下取整 Java    截断    下取整 JavaScriptTypeScript    截断 Julia    下取整 ,    截断 Kotlin ,    截断    下取整 ksh    截断 (同于POSIX sh)    截断 LabVIEW    截断 LibreOffice    下取整 Logo    下取整    截断 Lua 5    下取整 Lua 4    截断     截断 Mathcad    下取整 Maple  (默认),    欧几里得式    修约    修约 Mathematica    下取整 MATLAB    下取整    截断 Maxima    下取整    截断     截断 Microsoft Excel    下取整 Minitab    下取整 Modula-2    下取整    截断 MUMPS    下取整 Netwide Assembler (NASM, NASMX) ,  (无符号)     (有符号)   实现定义 Nim    截断 Oberon    类似下取整 Objective-C    截断 (同于C99) Object Pascal, Delphi    截断 OCaml    截断    截断 Occam    截断 Pascal (ISO-7185和ISO-10206)    类似欧几里得式 Perl    下取整    截断 PHP    截断    截断 PIC BASIC Pro    截断 PL/I    下取整 (ANSI PL/I) PowerShell    截断 Programming Code ()    未定义     截断 Prolog (ISO 1995)    下取整    截断 PureBasic ,    截断 PureScript    欧几里得式 Pure Data    截断 (同于C)    下取整 Python    下取整    截断    修约 Q#    截断 R    下取整Racket    下取整    截断 Raku    下取整     截断 Reason    截断 Rexx    截断     截断 Ruby ,    下取整    截断 Rust    截断    欧几里得式 SAS    截断 Scala    截断 Scheme    下取整    截断 Scheme R6RS    欧几里得式    修约    欧几里得式    修约 Scratch    下取整     下取整    截断     下取整    截断 Unix shell (包括bash、ash等。)    截断 (同于C) Smalltalk    下取整    截断 Snap!    下取整     下取整 Solidity    下取整 SQL ()    截断 SQL ()    截断 Standard ML    下取整    截断    截断 Stata    欧几里得式 Swift    截断    修约    截断 Tcl    下取整    截断 (同于C) tcsh    截断     截断     下取整 Verilog (2001)    截断 VHDL    下取整    截断 VimL    截断 Visual Basic    截断 WebAssembly ,  (无符号)    ,  (有符号)   截断 (无符号)    (有符号)   截断     截断    下取整 Zig , ,    截断  ,    欧几里得式

此外，很多计算机系统提供功能，它同时产生商和余数。例子x86架构的指令，C编程语言的函数，和Python的函数。

 常见错误 
当取模的结果与被除数符号相同时，可能会导致意想不到的错误。

举个例子：如果需要判断一个整数是否为奇数，有人可能会测试这个数除 2 的余数是否为 1：
bool is_odd(int n) {
    return n % 2 == 1;
}

但在一个取模结果与被除数符号相同的编程语言里，这样做是错的。因为当被除数  是奇数且为负数时，  得到 −1，此时函数返回“假”。

一种正确的实现是测试取模结果是否为 0，因为余数为 0 时没有符号的问题：
bool is_odd(int n) {
    return n % 2 != 0;
}

或者考虑余数的符号，有两种情况：余数可能为 1 或 -1。
bool is_odd(int n) {
    return n % 2 == 1 || n % 2 == -1;
}

 性能问题 
可以通过依次计算带余数的除法实现取模操作。特殊情况下，如某些硬件上，存在更快的实现。
例如：2 的 n 次幂的模，可以通过逐位与运算实现：
 x % 2n == x & (2n - 1)

例子，假定  为正数：
 x % 2 == x & 1
 x % 4 == x & 3
 x % 8 == x & 7

在进行位操作比取模操作效率更高的设备或软件环境中，以上形式的取模运算速度更快。

编译器可以自动识别出对 2 的 n 次幂取模的表达式，自动将其优化为 expression & (constant-1)。这样可以在兼顾效率的情况下写出更整洁的代码。这个优化在取模结果与被除数符号一致的语言中（包括 C 语言）不能使用，除非被除数是无符号整数。这是因为如果被除数是负数，则结果也是负数，但 expression & (constant-1) 总是正数，进行这样的优化就会导致错误，无符号整数则没有这个问题。

 用途 
 取模运算可用于判断一个数是否能被另一个数整除。对 2 取模即可判断整数的奇偶性；从 2 到  取模则可判断一个数是否为质数。
 進制之間的轉換。
 用于求取最大公约数的輾轉相除法使用取模运算。
 密码学中的应用：从古老的凯撒密码到现代常用的RSA、椭圆曲线密码，它们的实现过程均使用了取模运算。

 參見 
 模 (消歧义)和 —— “模数（Modulo）”这个词的许多用法，都是 1801 年卡爾·弗里德里希·高斯引入模算數时产生的。
 模幂运算
 同餘

 脚注 

 参考文献 

Category:計算機算術
Category:带有C++代码示例的条目
Category:运算符 (编程)
Category:同余
Category:数字运算