在 C++ 中，将正数转换为 1 和将负数转换为 0 的最快方法

in c++, the fastest way to convert a positive number to 1 and negative to 0

本文关键字：转换 方法 C++      更新时间：2023-10-16

我正在编写此代码来制作烛台图，如果当天的开盘价大于收盘价，我想要一个红色框。我还希望如果收盘价高于开盘价，则框为绿色。

if(open > close) {
boxColor = red;
} else {
boxColor = green;
}

为此，伪代码比英语句子更容易。

所以我先写了这段代码，然后尝试对其进行基准测试，但我不知道如何获得有意义的结果。

for(int i = 0; i < history.get().close.size(); i++) {
auto open = history->open[i];
auto close = history->close[i];
int red = ((int)close - (int)open) >> ((int)sizeof(close) * 8);
int green = ((int)open - (int)close) >> ((int)sizeof(close) * 8);
gl::color(red,green,0);
gl::drawSolidRect( Rectf(vec2(i - 1, open), vec2(i + 1, close)) );
}

这就是我试图对它进行基准测试的方式。每次运行仅显示 2ns。我对社区的主要问题是：

我实际上可以通过使用右移位并避免条件分支来使其更快吗？

#include <benchmark/reporter.h>
static void BM_red_noWork(benchmark::State& state) {
double open = (double)rand() / RAND_MAX;
double close = (double)rand() / RAND_MAX;
while (state.KeepRunning()) {
}
}
BENCHMARK(BM_red_noWork);
static void BM_red_fast_work(benchmark::State& state) {
double open = (double)rand() / RAND_MAX;
double close = (double)rand() / RAND_MAX;
while (state.KeepRunning()) {
int red = ((int)open - (int)close) >> sizeof(int) - 1;
}
}
BENCHMARK(BM_red_fast_work);
static void BM_red_slow_work(benchmark::State& state) {
double open = (double)rand() / RAND_MAX;
double close = (double)rand() / RAND_MAX;
while (state.KeepRunning()) {
int red = open > close ? 0 : 1;
}
}
BENCHMARK(BM_red_slow_work);

谢谢！

正如我在评论中所说，编译器将为您进行这些优化。 下面是一个最小的可编译示例：

int main() {
volatile int a = 42;
if (a <= 0) {
return 0;
} else {
return 1;
}
}

volatile只是为了防止优化"知道"a的值，而是强制读取它。

这是使用命令g++ -O3 -S test.cpp编译的，它生成一个名为test.s的文件

Inside test.s 是由编译器生成的程序集(请原谅 AT&T 语法(：

movl    $42, -4(%rsp)
movl    -4(%rsp), %eax
testl   %eax, %eax
setg    %al
movzbl  %al, %eax
ret

如您所见，它是无分支的。 如果数字<= 0，它使用testl设置一个标志，然后使用setg读取该值，将其移回正确的寄存器，最后返回。

应该注意的是，这是从您的代码改编而来的。 一个更好的写法很简单：

int main() {
volatile int a = 42;
return a > 0;
}

它还生成相同的程序集。

这可能比你直接用C++写的任何可读内容都要好。 例如，您的代码(希望针对位算术错误进行更正(：

int main() {
volatile int a = 42;
return ~(a >> (sizeof(int) * CHAR_BIT - 1)) & 1;
}

编译为：

movl    $42, -4(%rsp)
movl    -4(%rsp), %eax
notl    %eax
shrl    $31, %eax
ret

这确实很小。 但它并没有明显快得多。 尤其是当您旁边有一个 GL 呼叫时。 我宁愿花 1-3 个额外的周期来获得可读的代码，而不必挠头想知道我的同事(或 6 个月前的我，本质上是同一件事(做了什么。

编辑：应该指出的是，编译器还优化了我编写的位算术，因为我写得不如我能写的那么好。 程序集实际上是：(~a) >> 31，它等同于我编写的~(a >> 31) & 1(至少在大多数带有无符号整数的实现中，有关详细信息，请参阅注释(。

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