检查阵列位置在C++中是否为空的 CPU 高效方法

CPU-efficient method of checking if array position is null in C++

本文关键字：CPU 高效 方法 是否 位置 阵列 C++ 检查      更新时间：2023-10-16

我编写的程序需要检查二维数组中的数百万个点，以查看它们是否不为空。这是我正在使用的代码：

Particle *particleGrid[1920][1080];
bool Sensor::checkForParticle(int x, int y) {
    if (x > 1920 || x < 0) return 0;
    if (y > 1080 || y < 0) return 0;
    if (mainController->particleGrid[x][y] != NULL) {
        return 1;
    }
    return 0;
}

这个函数在整个应用程序中使用最多的CPU（~70%的应用程序CPU使用率是由于这个函数），甚至比我实现的Bresenham线绘制算法还要多（示例函数在Bresenham算法生成的线的每个点上调用）。是否有更节省 CPU 的方法来执行空检查操作？

如果在循环中调用它，您可以在不检查参数的情况下逃脱。 当您检查内存位置中的数据时，它也会更快，这将减少缓存命中。

如果您与无符号文本进行比较，您可以免费获得针对 0 的检查，因为负数在转换为无符号时最终会非常大。此外，您不需要所有这些如果：

bool Sensor::checkForParticle(int x, int y)
{
    return (x < 1920u) && (y < 1080u)   // note both "u" suffixes for unsigned
        && (mainController->particleGrid[x][y] != NULL);
}

顺便问一下，为什么你的数组按列主顺序排列？您的外环是在 x 还是 y 上？如果它们在 y 上，切换到 row-major 将大大提高效率，因为缓存友好性：

Particle *particleGrid[1080][1920];
bool Sensor::checkForParticle(int x, int y)
{
    return (x < 1920u) && (y < 1080u)
        && (mainController->particleGrid[y][x] != NULL);   // note switched order
}

如果 2D 数组很稀疏，这样的东西可以帮助您加快紧密循环的速度：

Particle *particleGrid[1920][1080];
// somewhere before your tight loop
std::map<std::pair<unsigned int, unsigned int>, Particle*> createCache()
{
    std::map<std::pair<unsigned int, unsigned int>, Particle*> cache;
    for (unsigned int i = 0; i < 1920; ++i)
    {
        for (unsigned int j = 0; j < 1080; ++j)
        {
            if (mainController->particleGrid[i][j])
            {
                std::pair<unsigned int, unsigned int> coord = std::make_pair(i, j);
                cache[coord] = mainController->particleGrid[i][j];
            }
        }
    }
    return cache;
}
// then this is called in your tight loop
bool Sensor::checkForParticle(unsigned int x, unsigned int y, const std::map<std::pair<unsigned int, unsigned int>, Particle*>& cache) 
{
    std::pair<unsigned int, unsigned int> coord = std::make_pair(x, y);
    return cache.find(coord) != map.end();
}

如果它不稀疏，这将根本无济于事。

第 1 步：将一致性检查提升到循环之外：

bool Sensor::uncheckedCheckForParticle(int x, int y) {
    return mainController->particleGrid[y][x];
}

如果你真的需要防止草率的编程，你可以assert()函数和/或保护呼叫站点。我敢打赌，这将大大提高性能。

第 2 步：使现在微不足道的函数inline。

您可以将数组从二维展平为一维（遗憾的是，这可能需要在代码中的其他地方进行重构）：

Particle *particleGrid[1920 * 1080];
bool Sensor::checkForParticle(int x, int y) {
    return (mainController->particleGrid[x * 1080 + y] != NULL)
}
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