取模运算(“Modulo Operation”)和取余运算(“Complementation ”)两个概念有重叠的部分但又不完全一致。主要的区别在于对负整数进行除法运算时操作不同。
取模主要是用于计算机术语中。取余则更多是数学概念。

讨论:

首先,看看自然数的取模运算(定义1):

如果 ab 是两个自然数,b 非零,可以证明存在两个唯一的整数 c 和 r,满足 acbr 且0 ≤ rb
其中,c 被称为商,r 被称为余数。

假如我们按照正数求余的规则求 (-7) mod 3 的结果,就可以表示 -7 为 (-3)* 3 +2。其中,2是余数,-3是商。

下面是几种软件中对此的理解。

 

语言 语句 输出
C++(G++ 编译) cout << (-7) % 3; -1
Java(1.6) System.out.println((-7) % 3); -1
Python 2.6 (-7) % 3 2
百度计算器 (-7) mod 3 2
Google 计算器 (-7) mod 3 2

可以看到,答案不是唯一。所以不能直接把正数的法则用在负数的取余上。
实际上,在整数范围内,自然数的求余法则并不被很多人所接受,大家大多认可的是下面的这个定义2

如果ab整数b 非零,那么余数 r 满足这样的关系:

a = cb + r , c 为整数,且0 ≤ |r| < |b|。

可以看到,这个定义导致了有负数的求余并不是我们想象的那么简单,比如,-1 和 2 都是 (-7) mod 3 正确的结果,因为这两个数都符合定义。这种情况下,对于取模运算,可能有两个数都可以符合要求。我们把 -1 和 2 分别叫做正余数负余数
通常,当除以d时,如果正余数为r1,负余数为r2,那么有:

r1 = r2 + d

对负数余数不明确的定义可能导致严重的计算问题,对于处理关键任务的系统,错误的选择会导致严重的后果。

看完了 (-7) mod 3,下面我们来看一看 7 mod (-3) 的情况(看清楚,上面的例子 7 带负号,现在是 3 带负号)。
根据定义2,7 = (-3) * (-2) + 1 或7 = (-3) * (-3) -2,所以余数为 1 或 -2。

 

语言 语句 输出
C++(G++ 编译) cout << 7 % (-3); 1
Java(1.6) System.out.println(7 % (-3)); 1
Python 2.6 7 % (-3) -2
百度计算器 7 mod (-3) -2
Google 计算器 7 mod (-3) -2
从中我们看到:

 

于是有了如下实际测试:

 

语言 语句 输出
C++(G++ 编译) cout << -7 % (-3); -1
Java(1.6) System.out.println(-7 % (-3)); -1
Python 2.6 -7 % (-3) -1
百度计算器 -7 mod (-3) -1
Google 计算器 -7 mod (-3) -1

结果,所有语言和计算机返回结果完全一致。

小结:

我们由此可以总结出下面两个结论:
  1. 对于任何同号的两个整数,其取余结果没有争议,所有语言的运算原则都是使商尽可能小
  2. 对于异号的两个整数,C++/Java语言的原则是使商尽可能大,很多新型语言和网页计算器的原则是使商尽可能小。

总结:

假设求余数(模)r,c是商:
求余方法a%b,求模方法a mod b,则余数r为:

计算模或者余数: r = a – c*b

那么,求模运算和求余运算在第一步不同: 取余运算在取c的值时,向 0 方向舍入(fix()函数);
而取模运算在计算c的值时,向负无穷方向舍入(floor()函数)。

例如:计算-7 Mod 4

那么:a = -7;b = 4;
第一步:求整数商c,如进行求模运算c = -2(向负无穷方向舍入),求余c = -1(向0方向舍入);
第二步:计算模和余数的公式相同,但因c的值不同,求模时r = 1,求余时r = -3。

归纳:

当a和b符号一致时,求模运算和求余运算所得的c的值一致,因此结果一致。
当符号不一致时,结果不一样。

求模运算结果的符号和b一致,求余运算结果的符号和a一致。

另外各个环境下%运算符的含义不同,比如c/c++,java 为取余,而python则为取模。