每微秒1000000000次计算
1,000,000,000 calculations per microsecond?
好吧,我一直在和一个朋友谈论编译器和程序优化,他建议n * 0.5
比n / 2
快。我说过编译器会自动进行这种优化,所以我写了一个小程序来看看n / 2
和n * 0.5
之间是否有区别:
部门:
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
int i, m;
float n, s;
clock_t t;
m = 1000000000;
t = clock();
for(i = 0; i < m; i++) {
n = i / 2;
}
s = (float)(clock() - t) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("n = i / 2: %d calculations took %f seconds (last calculation = %f)n", m, s, n);
return 0;
}
乘法:
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
int i, m;
float n, s;
clock_t t;
m = 1000000000;
t = clock();
for(i = 0; i < m; i++) {
n = i * 0.5;
}
s = (float)(clock() - t) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("n = i * 0.5: %d calculations took %f seconds (last calculation = %f)n", m, s, n);
return 0;
}
对于这两个版本,当使用clang main.c -O1
编译时,我得到了0.000002s的平均值。他说时间测量肯定有问题。于是他写了一个程序:
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
clock_t ts, te;
double dT;
int i, m;
double n, o, p, q, r, s;
m = 1000000000;
cout << "Independent calculations:n";
ts = clock();
for (i = 0; i < m; i++)
{
// make it a trivial pure float calculation with no int casting to float
n = 11.1 / 2.3;
o = 22.2 / 2.3;
p = 33.3 / 2.3;
q = 44.4 / 2.3;
r = 55.5 / 2.3;
s = 66.6 / 2.3;
}
te = clock();
dT = ((float)(te - ts)) / CLOCKS_PER_SEC; // make initial call to get the elapsed time to run the loop
ts = clock();
printf("Division: %d calculations took %f secondsn", m, dT);
for (i = 0; i < m; i++)
{
// make it a trivial pure float calculation with no int casting to float
n = 11.1 * 0.53;
o = 22.2 * 0.53;
p = 33.3 * 0.53;
q = 44.4 * 0.53;
r = 55.5 * 0.53;
s = 66.6 * 0.53;
}
te = clock();
dT = ((float)(te - ts)) / CLOCKS_PER_SEC; // make initial call to get the elapsed time to run the loop
ts = clock();
printf("Multiplication: %d calculations took %f secondsn", m, dT);
cout << "nDependent calculations:n";
for (i = 0; i < m; i++)
{
// make it a trivial pure float calculation with no int casting to float
n = 11.1 / 2.3;
o = n / 2.3;
p = o / 2.3;
q = p / 2.3;
r = q / 2.3;
s = r / 2.3;
}
te = clock();
dT = ((float)(te - ts)) / CLOCKS_PER_SEC; // make initial call to get the elapsed time to run the loop
ts = clock();
printf("Division: %d calculations took %f secondsn", m, dT);
for (i = 0; i < m; i++)
{
// make it a trivial pure float calculation with no int casting to float
n = 11.1 * 0.53;
o = n * 0.53;
p = o * 0.53;
q = p * 0.53;
r = q * 0.53;
s = r * 0.53;
}
te = clock();
dT = ((float)(te - ts)) / CLOCKS_PER_SEC; // make initial call to get the elapsed time to run the loop
ts = clock();
printf("Multiplication: %d calculations took %f secondsn", m, dT);
return 0;
}
为此,他得到了。。。
1.869570s
1.868254s
25.674016s
3.497555s
按照这个顺序。
所以我在用clang++ main.cpp -O1
编译的机器上运行了这个程序,得到了和以前类似的结果:0.000002 to 0.000011
。
然而,当我在没有优化的情况下编译程序时,我在他的第一次测试中得到了与他相似的结果。所以我的问题是,任何数量的优化如何使的程序更快?
由于代码在循环的每次迭代中都没有做任何不同的事情,编译器可以自由地将循环中的代码移到外部(结果将完全相同),并完全删除循环,留下几乎为0的运行时,如您所见。
for (i = 0; i < m; i++)
{
// make it a trivial pure float calculation with no int casting to float
n = 11.1 * 0.53;
o = n * 0.53;
p = o * 0.53;
q = p * 0.53;
r = q * 0.53;
s = r * 0.53;
}
是一个不引用i
或m
的循环,并且不包含循环引用,因此编译器删除循环语句
这是一个很好的例子,说明了对高级语言进行基准测试比对程序集进行基准测试更难(这已经足够难了)。编译器可以而且经常会干扰您的基准测试。
你的朋友有一点,除法(实际的除法,而不仅仅是用C写/
)比乘法慢。对于doubles,延迟的比率约为4,除法不是流水线运算,而乘法是流水线运算,因此吞吐量比率要差得多:约为20。(这些数字适用于Haswell,但很典型)
整数除法比浮点除法慢,但对整数使用浮点乘法会导致两次转换。转换还不错,所以总的来说,浮点乘法仍然更快。
但是,任何合适的编译器都会将常数的整数除法转换为整数乘法和移位,也许还会添加一些额外的修复内容(取决于除数和类型)。二次幂除法更简单。有关详细信息,请参见使用乘法的不变整数除法。例如,考虑
int div2(int i)
{
return i / 2;
}
GCC将其转化为
mov eax, edi
shr eax, 31
add eax, edi
sar eax
ret
这取决于µarch,需要3或4个循环(不包括控制流)。
另一方面,
int div2(int i)
{
return i * 0.5;
}
变成
cvtsi2sd xmm0, edi
mulsd xmm0, QWORD PTR .LC0[rip]
cvttsd2si eax, xmm0
ret
.LC0:
.long 0
.long 1071644672
这将需要大约4+5+4=13个循环。
编译器也可以将f / 2.0
转换为f * 0.5
,即使没有任何"不安全的优化",除以二次方也相当于乘以其逆。这不适用于不是二次幂的数字。
因此,即使使用一个至少测量某些东西的基准,它也可能无法测量正确的东西。为了测量浮点除法与乘法的延迟,你可以写这样的东西:
.section data
align 16
one: dq 1.0, 1.0
.section text
_bench1:
mov ecx, -10000000
movapd xmm0, [one]
loopone:
mulpd xmm0, xmm0
mulpd xmm0, xmm0
add ecx, 1
jnz loopone
ret
_bench2:
mov ecx, -10000000
movapd xmm0, [one]
looptwo:
divpd xmm0, xmm0
divpd xmm0, xmm0
add ecx, 1
jnz looptwo
ret
同时致电一千,包裹在rdtsc
中获取时间。两者都花最少的时间。将时间乘以基本时钟和涡轮时钟之间的比率。然后,您应该(大约)两个循环所用的循环数,除以20000000,得到每个mulpd
或divpd
的循环数。时间划分取决于被划分的值,因此它不会给出最一般的结果。
您可能还对指令延迟和吞吐量的列表感兴趣。
- 通过字符串来计算长度需要更长的时间,而不是移动字符串几次?
- 如何计算向量[5][1] N次
- 如何在不使用乘除运算符的情况下计算 A 的 B 次幂?
- 如何计算整数链中使用了多少次数字?
- 阅读一个大文件来计算重复K次的单词数
- 如何在长时间计算中进行C 的一次进度更新
- 计算一次占用的最大房间数
- 我正在计算的序列(Hailstone)需要打印一次时两次打印
- 仅使用 3 个变量 (C++) 计算 4 次多项式的值
- 如何计算在Sentinel Loop C 中输入多少次输入
- C++一次打印一个单词的字符串,计算字符数和字符数
- maxi 和 min 时间,用于计算在 n 处进行六次单独运行的斐波那契数
- 每微秒1000000000次计算
- 如果在循环条件下使用,将多次计算 strlen
- 如何计算循环执行了多少次?C++
- 在表中预先计算一次cos()和sin()
- c++ 11基于范围的for()循环计算一次或多次
- 试着计算两次之间的差,不要相减
- 不知道为什么代码被计算两次
- C/ c++ /Java问题:for循环中使用的表达式会计算多次吗?