isdigit() 在 c++ 中不应该更快吗？
Shouldn't isdigit() be faster in c++?
我在 c++ 中使用isdigit()函数，但我发现它很慢，所以我实现了自己的is_digit()，请参阅下面的代码：
#include<iostream>
#include<cctype>
#include<ctime>
using namespace std;
static inline bool is_digit(char c)
{
return c>='0'&&c<='9';
}
int main()
{
char c='8';
time_t t1=clock(),t2,t3;
for(int i=0;i<1e9;i++)
is_digit(c);
t2=clock();
for(int i=0;i<1e9;i++)
isdigit(c);
t3=clock();
cout<<"is_digit:"<<(t2-t1)/CLOCKS_PER_SEC<<"nisdigit:"<<(t3-t2)/CLOCKS_PER_SEC<<endl;
return 0;
}
运行后，is_digit()只用了1秒(1161ms(，isdigit()花了4秒(3674ms(，我知道isdigit是通过位操作实现的，isdigit()不应该比is_digit()快吗？
更新1
我使用带有默认选项的MS VS2010，发布版本，如何使isdigit()比VS中的is_digit()更快？
更新2
谢谢大家。在VS中处于发布模式时，项目将针对速度默认值(-O2(进行优化。
全部处于发布模式。
VS2010：is_digit：1182毫秒数字：3724(毫秒(
VS2013：is_digit：0(毫秒(数字：3806(毫秒(
带有 g++(4.7.1( 和 -O3 的代码块：is_digit：1275(毫秒(数字：1331(毫秒(
所以这是结论：
is_digit() 在 VS 中比 isdigit() 快，但在 g++ 中比 isdigit() 慢。
g++ 中的isdigit()比 VS 中的isdigit()更快。
所以"VS 在性能上很糟糕"？
在 clang/llvm [我选择的编译器] 中，isdigit 和 is_digit 将变成完全相同的代码，因为它针对特定的库调用进行了优化，以将其转换为 ((unsigned)(c-48) < 10u) 。
return c>='0' && c <='9';也通过优化(作为编译器执行的通用if x >= N && x <= M -> x-N > (M-N)转换(转换为c-48 > 10。
因此，从理论上讲，两个循环都应该变成相同的代码(至少使用具有这种isdigit优化的编译器 - 无论MSVC是否这样做，我不能说，因为源代码不向公众开放(。我知道 gcc 有类似的代码来优化库调用，但我的机器上目前没有 gcc 源代码，我懒得去查找它 [根据我的经验，无论如何，它会比 llvm 代码更难阅读]。
llvm 中的代码：
Value *LibCallSimplifier::optimizeIsDigit(CallInst *CI, IRBuilder<> &B) {
Function *Callee = CI->getCalledFunction();
FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
// We require integer(i32)
if (FT->getNumParams() != 1 || !FT->getReturnType()->isIntegerTy() ||
!FT->getParamType(0)->isIntegerTy(32))
return nullptr;
// isdigit(c) -> (c-'0') <u 10
Value *Op = CI->getArgOperand(0);
Op = B.CreateSub(Op, B.getInt32('0'), "isdigittmp");
Op = B.CreateICmpULT(Op, B.getInt32(10), "isdigit");
return B.CreateZExt(Op, CI->getType());
}
对于那些不熟悉LLVM代码的人：它首先检查函数调用是否具有正确数量的参数和参数类型。如果失败，它将返回 NULL 以指示"我无法优化此"。否则，它会构建操作链，使用无符号比较来执行if (c - '0' > 10)，以应对"负"值[在无符号中是巨大的值]。
如果这样做会出错：
bool isdigit(int x)
{
return image_contains_finger(imagefiles[x]);
}
[但是，用你自己的版本替换库函数，做一些事情，通常会有有趣的效果！
可以
通过以下方式更快地实现您的函数is_digit：
#define ISDIGIT(X) (((uint32_t)X - '0') < 10u)
保存一个比较的位置。我认为，这是 gcc 中的正常应用，但在 Visual Studio Microsoft我猜你有一个本地化版本的 isdigit(((因此需要很长时间来检查语言环境(。
看看这段代码(适用于 g++(和 -O3
#include<iostream>
#include<cctype>
#include<ctime>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
using namespace std;
static inline bool is_digit(char c)
{
return c>='0'&&c<='9';
}
int main()
{
char c='8';
struct timeval tvSt, tvEn;
time_t t1=clock(),t2,t3;
gettimeofday(&tvSt, 0);
for(int i=0;i<1e9;i++)
is_digit(c);
gettimeofday(&tvEn, 0);
cout << "is_digit:" << (tvEn.tv_sec - tvSt.tv_sec)*1000000 + (tvEn.tv_usec - tvSt.tv_usec) << " us"<< endl;
gettimeofday(&tvSt, 0);
for(int i=0;i<1e9;i++)
isdigit(c);
gettimeofday(&tvEn, 0);
cout << "isdigit:" << (tvEn.tv_sec - tvSt.tv_sec)*1000000 + (tvEn.tv_usec - tvSt.tv_usec) << " us"<< endl;
return 0;
}
结果：
is_digit:1610771 us
isdigit:1055976 us
因此，C++实施胜过您的实施。
通常，当您衡量性能时，用秒来衡量不是一个好主意。至少考虑微秒级别。
我不确定VS。请找出微秒级时钟并测量。
附言。请参阅 VS 优化 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/19z1t1wy.aspx
@Doonyx提出的基准测试陷入了几个陷阱：
- 使用常量字符 c = '8'; ...任何编译器都会明白它不会改变，并且可以缓存或跳过结果。
- 循环正在运行一个函数，但结果没有在任何地方使用 => 同样，编译器可以完全跳过循环。
- 它没有考虑 CPU 性能增量，CPU 可能需要一些时间才能"唤醒"，并且通常它的性能会随着时间的推移而变化。
=> 我对该基准进行了修改以解决所有 3 点。
// gcc main.cpp -O3 -std=c++20 -lstdc++ && ./a.out
#include <chrono>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <map>
#include <vector>
// basic function
static inline bool is_digit(char c)
{
return c >= '0' && c <= '9';
}
// optimized function
constexpr bool is_digit2(int c)
{
return (uint32_t)(c - '0') < 10u;
}
constexpr int NUM_STEP = 8;
constexpr int TRIM = 2;
#define NOW_NS() std::chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count()
int main()
{
int64_t sum;
std::map<std::string, std::vector<int64_t>> nameTimes;
std::map<std::string, int64_t> nameAvgs;
// convenience define to run the benchmark
#define RUN_BENCH(name, code)
do
{
const auto start = NOW_NS();
sum = 0;
for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
sum += code;
const auto name##Time = NOW_NS() - start;
nameTimes[#name].push_back(name##Time);
std::cout << step << " " << std::setw(11) << #name << ": "
<< std::setw(10) << name##Time << " ns sum=" << sum << std::endl;
}
while (0)
// 1) run the benchmark NUM_STEP times
// note that a null test is added to compute the overhead
for (int step = 0; step < NUM_STEP; ++step)
{
RUN_BENCH(_null, i & 15);
RUN_BENCH(is_digit, is_digit(i & 255));
RUN_BENCH(is_digit2, is_digit2(i & 255));
RUN_BENCH(std_isdigit, std::isdigit(i & 255));
}
// 2) remove the 25% slowest and 25% fastest runs for each benchmark (Interquartile range)
std::cout << "ncombining:n";
for (auto& [name, times] : nameTimes)
{
int64_t total = 0;
std::sort(times.begin(), times.end());
std::cout << std::setw(11) << name;
for (int i = 0; i < NUM_STEP; ++i)
{
std::cout << " " << i << ":" << times[i];
if (i >= TRIM && i < NUM_STEP - TRIM)
{
std::cout << "*";
total += times[i];
}
}
total /= (NUM_STEP - TRIM * 2);
std::cout << " => " << total << " nsn";
nameAvgs[name] = total;
}
// 3) show the results + results MINUS the overhead (null time)
std::cout << "nsummary:n";
for (auto& [name, time] : nameAvgs)
{
std::cout << std::setw(11) << name << ": " << std::setw(10) << time << " ns "
<< " time-null: " << std::setw(10) << time - nameAvgs["_null"] << " nsn";
}
return 0;
}
因此，每个基准测试都稍微复杂一些，并迫使编译器实际执行代码，它们按顺序运行，然后运行 8 次，以考虑 CPU 性能变化，然后丢弃最慢/最快的运行，并在最后的摘要中减去开销的时间，以了解函数的真实速度。
gcc 11.2.0 with -O0:
_null: 680327226 ns time-null: 0 ns
is_digit: 1368190759 ns time-null: 687863533 ns
is_digit2: 1223091465 ns time-null: 542764239 ns
std_isdigit: 733283544 ns time-null: 52956318 ns *
msvc 17.3.4 with -O0:
_null: 576647075 ns time-null: 0 ns
is_digit: 1348345625 ns time-null: 771698550 ns
is_digit2: 754253650 ns time-null: 177606575 ns *
std_isdigit: 1619403975 ns time-null: 1042756900 ns
gcc 11.2.0 with -O1:
_null: 217714988 ns time-null: 0 ns
is_digit: 459088203 ns time-null: 241373215 ns
is_digit2: 434988334 ns time-null: 217273346 ns *
std_isdigit: 435391905 ns time-null: 217676917 ns *
msvc 17.3.4 with -O1:
_null: 217425875 ns time-null: 0 ns
is_digit: 442688400 ns time-null: 225262525 ns *
is_digit2: 440954975 ns time-null: 223529100 ns *
std_isdigit: 1187352900 ns time-null: 969927025 ns
gcc 11.2.0 with -O2:
_null: 217411308 ns time-null: 0 ns
is_digit: 542259068 ns time-null: 324847760 ns
is_digit2: 434180245 ns time-null: 216768937 ns *
std_isdigit: 435705056 ns time-null: 218293748 ns *
msvc 17.3.4 with -O2:
_null: 209602025 ns time-null: 0 ns
is_digit: 441704325 ns time-null: 232102300 ns
is_digit2: 298747075 ns time-null: 89145050 ns *
std_isdigit: 1198361400 ns time-null: 988759375 ns
gcc 11.2.0 with -O3:
_null: 126789606 ns time-null: 0 ns
is_digit: 206127551 ns time-null: 79337945 ns
is_digit2: 175606336 ns time-null: 48816730 ns *
std_isdigit: 174991923 ns time-null: 48202317 ns *
msvc 17.3.4 with -Ox:
_null: 206283850 ns time-null: 0 ns
is_digit: 434584200 ns time-null: 228300350 ns
is_digit2: 312153225 ns time-null: 105869375 ns *
std_isdigit: 1176565150 ns time-null: 970281300 ns
结论：
- 在 GCC 上，
std::isdigit与is_digit2函数一样快 - 在 MSVC 上，
std::isdigit比is_digit2慢 9 倍(但这可能是由于区域设置(
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