1. 概述
本文将深入讲解取模运算（Modulus Division）的基本原理和实际应用场景。
对于有经验的开发者来说，取模操作看似基础，但在实际编码中却极易“踩坑”，尤其是在处理负数、边界条件时。本文将从数学基础讲起，结合示例代码和类比说明，帮助你真正掌握这一常用运算。
2. 欧几里得除法（Euclidean Division）
取模运算本质上是欧几里得除法的一部分。
欧几里得除法指的是将一个整数 a（被除数）除以另一个非零整数 b（除数），得到一个整数商 q 和一个非负整数余数 r，满足以下等式：
$$ a = b \times q + r \quad \text{且} \quad 0 \leq r < |b| $$
其中：
q是商r是余数
这种带余数的除法是取模运算的基础。
3. 取模运算（Modulus Division）
3.1 取模操作符
取模操作符用符号 % 表示（在大多数编程语言中），用于获取两个整数相除后的余数。
公式如下：
$$ a \bmod b = a - \left\lfloor \frac{a}{b} \right\rfloor \times b $$
✅ 说明：
⌊ ⌋表示向下取整（floor）- 在 Java、C/C++ 等语言中，
%只支持整数操作数，否则会编译报错
⚠️ 注意：不同语言对负数的取模行为不同，Java 和 Python 的行为如下：
| 表达式 | Java 结果 | Python 结果 |
|---|---|---|
7 % 3 |
1 | 1 |
-7 % 3 |
-1 | 2 |
7 % -3 |
1 | -2 |
-7 % -3 |
-1 | -1 |
所以，处理负数时一定要小心，建议统一使用正数或进行符号处理。
3.2 类比：时钟上的取模运算
想象一个 12 小时制的钟表：
- 当前时间是 16 点（即 24 小时制的 16:00）
- 在 12 小时制中，它显示为 4 点
这个转换其实就是：
$$ 16 \bmod 12 = 4 $$
时钟是一个非常直观的取模运算示例。
4. 常见应用场景
4.1 哈希（Hashing）
取模操作在哈希算法中非常常见，尤其是在哈希表（Hash Table）中。
基本流程如下：
对键（Key）应用哈希函数，得到一个整数 hash 值： $$ hash = H(key) $$
使用取模运算将 hash 值映射到哈希表的索引范围内： $$ index = hash \bmod tableSize $$
✅ 优点：
- 实现简单
- 分布均匀（假设哈希函数设计良好）
⚠️ 注意事项：
- 表大小最好是质数，以减少冲突
- 如果表大小是 2 的幂，也可以使用位运算优化：
index = hash & (tableSize - 1)
4.2 寻找最接近的倍数
问题描述：
给定两个整数 n 和 m，且 n < m，我们要找出最接近 n 且不大于它的 m 的倍数。
解法如下：
$$ c = n - (n \bmod m) $$
✅ 示例：
int n = 102;
int m = 19;
int c = n - (n % m); // 102 - 7 = 95
结果 95 是 19 的倍数，且是小于等于 102 的最大倍数。
5. 总结
取模运算虽然基础，但其在算法、数据结构、密码学、时间处理等众多领域中都有广泛应用。
✅ 重点回顾：
- 取模运算是欧几里得除法的结果之一，返回的是余数
- Java 中
%运算符对负数的处理方式不同于 Python - 哈希、时钟、循环队列、周期性逻辑等场景中经常使用取模
- 负数处理、边界条件是“踩坑”高发区，务必小心
✅ 建议：
- 编写取模逻辑时，注意输入范围，必要时做正数转换
- 避免在取模中使用浮点数（除非语言支持，如 Python）