请注意，平方求幂并不是最优的方法。这可能是一种适用于所有指数值的通用方法，但对于特定的指数值，可能有更好的序列，需要更少的乘法。

例如，如果你想计算x^15，用平方求幂的方法会给你:

x^15 = (x^7)*(x^7)*x 
x^7 = (x^3)*(x^3)*x 
x^3 = x*x*x

这一共有6次乘法。

事实证明，这可以通过“仅仅”5次加法链幂运算来完成。

n*n = n^2
n^2*n = n^3
n^3*n^3 = n^6
n^6*n^6 = n^12
n^12*n^3 = n^15

没有有效的算法来找到这个最优的乘法序列。从维基百科:

The problem of finding the shortest addition chain cannot be solved by dynamic programming, because it does not satisfy the assumption of optimal substructure. That is, it is not sufficient to decompose the power into smaller powers, each of which is computed minimally, since the addition chains for the smaller powers may be related (to share computations). For example, in the shortest addition chain for a¹⁵ above, the subproblem for a⁶ must be computed as (a³)² since a³ is re-used (as opposed to, say, a⁶ = a²(a²)², which also requires three multiplies).

一种非常特殊的情况是，当你需要2^(-x ^ y)时，其中x当然是负的y太大了，不能对int型进行移位。你仍然可以用浮点数在常数时间内完成2^x。

struct IeeeFloat
{

    unsigned int base : 23;
    unsigned int exponent : 8;
    unsigned int signBit : 1;
};


union IeeeFloatUnion
{
    IeeeFloat brokenOut;
    float f;
};

inline float twoToThe(char exponent)
{
    // notice how the range checking is already done on the exponent var 
    static IeeeFloatUnion u;
    u.f = 2.0;
    // Change the exponent part of the float
    u.brokenOut.exponent += (exponent - 1);
    return (u.f);
}

使用double作为基底类型，可以得到更多的2的幂。 (非常感谢评论者帮助整理这篇文章)。

还有一种可能性是，学习更多关于IEEE浮点数的知识，其他幂运算的特殊情况可能会出现。

如果要取2的a次方。最快的方法是按幂位移位。

2 ** 3 == 1 << 3 == 8
2 ** 30 == 1 << 30 == 1073741824 (A Gigabyte)

更一般的解决方案考虑负指数

private static int pow(int base, int exponent) {

    int result = 1;
    if (exponent == 0)
        return result; // base case;

    if (exponent < 0)
        return 1 / pow(base, -exponent);
    int temp = pow(base, exponent / 2);
    if (exponent % 2 == 0)
        return temp * temp;
    else
        return (base * temp * temp);
}

下面是Java中的方法

private int ipow(int base, int exp)
{
    int result = 1;
    while (exp != 0)
    {
        if ((exp & 1) == 1)
            result *= base;
        exp >>= 1;
        base *= base;
    }

    return result;
}

如果您在编译时知道指数(并且它是一个整数)，您可以使用模板展开循环。这可以更有效，但我想在这里演示基本原则:

#include <iostream>

template<unsigned long N>
unsigned long inline exp_unroll(unsigned base) {
    return base * exp_unroll<N-1>(base);
}

我们使用模板特化来终止递归:

template<>
unsigned long inline exp_unroll<1>(unsigned base) {
    return base;
}

指数需要在运行时已知，

int main(int argc, char * argv[]) {
    std::cout << argv[1] <<"**5= " << exp_unroll<5>(atoi(argv[1])) << ;std::endl;
}