我目前正在做一个大学项目，该项目在很大程度上取决于我的解决方案的速度和效率。我对代码所做的微小改动产生了巨大的影响，因为我写的特定功能被称为成千上万次。
我现在已经编写了我项目的主要功能，目前我正在优化我可能做的所有事情。我正在质疑的代码的一个特定部分是这样的：
array[i] *= -1;
我正在考虑优化：
array[i] = 0 - array[i];
更改此代码会不会影响速度？减法运算比乘法运算更快吗？或者这类问题已成为过去？
答案 0 :(得分：18)
忽略你应该使用它的事实：
array[i] = -array[i];
因为IMO直接表明了意图，所以它更加清晰，让我们检查编译器对此程序的作用（x86-64上的GCC 4.7.2）：
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(void)
{
time_t t = time(NULL);
t *= -1;
return 0;
}
gcc -S mult.c -o 1.s
为此：
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(void)
{
time_t t = time(NULL);
t = 0 - t;
return 0;
}
gcc -S sub.c -o 2.s
现在比较两个汇编输出：
diff 1.s 2.s
什么都没打印出来。编译器为两个版本生成了相同的确切代码。所以答案是：你使用什么并不重要。编译器会选择最快的。这是一个非常容易的优化（如果你甚至可以称之为优化），所以我们可以假设几乎每个编译器都会选择以最快的方式为给定的CPU架构做这件事。
作为参考，生成的代码是：
int main()
{
time_t t = time(NULL);
mov edi,0x0
call 12
mov QWORD PTR [rbp-0x8],rax
t *= -1;
neg QWORD PTR [rbp-0x8]
t = 0 - t;
neg QWORD PTR [rbp-0x8]
return 0;
mov eax,0x0
}
在这两种情况下，它都使用NEG来否定该值。 t *= -1和t = 0 - t都生成：
neg QWORD PTR [rbp-0x8]
答案 1 :(得分：13)
只有一种明智的优化方法，那就是测量应用程序的性能。一个好的剖析器可以告诉你很多，但只是计划程序的执行时间和各种修改也可以提供很大的帮助。我会首先使用探查器，但要找出瓶颈所在。
至于你的具体问题，正如其他人所指出的那样，这将高度依赖于架构。
答案 2 :(得分：5)
编译器非常聪明，可以将其转换为高效的操作。例如
C源
void f()
{
int a = 7, b = 7;
a *= -1;
b = -b;
}
使用gcc -S a.c
.file "a.c"
.text
.globl f
.type f, @function
f:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $7, -8(%rbp) ; assign 7
movl $7, -4(%rbp) ; assign 7
negl -8(%rbp) ; negate variable
negl -4(%rbp) ; negate variable
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size f, .-f
.ident "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
这是在使用Ubuntu 12.04和gcc 4.6.3的PC上。您的架构可能会有所不同。
答案 3 :(得分：3)
几乎每台设备的乘法速度都会变慢。这是一个更复杂的操作。
但是你的编译器可能足够聪明，可以自己进行转换。 并且在现代CPU上，操作可以以这样的方式重叠：指令的额外时间不会导致执行时间增加，因为它与其他工作重叠。 而且，除非你做了数百万次，否则如果没有大量的努力就会无法衡量，这种差异很小。
通常首先编写清除代码，如果以后需要优化代码。 如果你想要一个变量的负值写“-value”而不是“-1 * value”，因为它更准确地反映了你的意图，而不仅仅是一种计算方法。
答案 4 :(得分：2)
这是gcc 4.6.1对-O：
的作用double a1(double b) { return -b; } // xors sign bit with constant, 2 instr
// movsd .LC0(%rip), %xmm1 (instr 1)
// xorpd %xmm1, %xmm0 (instr 2)
// ret (not counted)
double a2(double b) { return -1.0*b; } // xors sign bit with constant, 2 instr
// same code as above
double a3(double b) { return 0.0-b; } // substract b from 0, 3 instructions
// xorpd %xmm1, %xmm1
// subsd %xmm0, %xmm1
// movapd %xmm1, %xmm0 (+ret)
int a4(int a){return -a;} // neg rax (+ret) 1 instruction
int a5(int a){return a*(-1);} // neg rax
int a6(int a){return 0-a;} // neg rax
double a7(double b) { return 0-b;} // same as a3() -- 3 instructions
因此，建议的优化使得此编译器更糟糕（取决于数组类型）。
然后关于乘法的问题比加法慢。根据经验，如果乘法与加法一样快，我们讨论的是DSP架构或DSP扩展：Texas C64，Arm NEON，Arm VFP，MMX，SSE。对于许多浮点扩展，从Pentium开始也是如此，其中FADD和FMUL都具有3个周期的延迟和每个周期1个指令的吞吐量。 ARM整数核也在1个周期内执行乘法运算。
答案 5 :(得分：1)
好的，试着清理我的烂摊子，把我的愚蠢变成有用的知识，不仅是为了我自己，也是为了其他人。
这种优化是由编译器自动完成的，在这种情况下，两种方法都被编译为x86上的一条ASM指令。（参见上面的帖子）不要让编译器的工作比它必须是，只要做逻辑所暗示的。
几个答案显示，这两种方式都编译为完全相同的指令。
<强> TL; DR
为了解决我在这个问题上所犯的错误，我决定投入一些努力来为自己清除这一点 - 对于那些遭受精神错乱的人，就像我在回答这个问题时所做的那样奇怪的错误答案...... / p>
否定数字取决于体系结构以及数据的表示方式。
不知怎的，我假设使用了这个实现 - 事实并非如此。这表示数字为一个符号位，所有其余值表示该值。因此，它可以表示从-2 n-1 -1到2 n-1 -1的数字，并且也具有负零值。在这种表示中，翻转符号位就足够了：
input ^ -0; // as the negative zero has all bits but the MSB as zero
A one's complement integer representation表示负数作为正表示的按位否定。然而，这并没有真正使用，从8080开始，使用了两个赞美。这种表示的一个奇怪后果是负零，这可能会带来很多麻烦。此外，所表示的数字范围从-2 n-1 -1到2 n-1 -1，其中n是存储数字的位数。
在这种情况下，否定数字的最快“手动”方式是翻转代表符号的所有位：
input ^ 0xFFFFFFFF; //assuming 32 bits architecture
或
input ^ -0; //as negative zero is a "full one" binary value
更广泛（总是？）使用的表示是two's complement system。它表示从-2 n-1 到2 n-1 -1的数字，并且只有一个零值。它表示正范围作为它们的普通二进制表示。然而，添加1到2 n-1 -1（由除了MSB之外的所有位中的1表示）将导致-2 n-1 （表示为MSB为1，其他所有位为零。
手动否定一个二进制补码需要否定所有位并加1：
(input ^ -1) + 1 //as -1 is represented by all bits as 1
然而因为负值的范围比正值的范围更广，所以最负数在此表示中没有正对应，这在交易时必须计算在内。这些数字！反转最负值将导致其本身，就像它发生零（为简单起见，8位）
most negative number: -128, represented as 10000000
inverting all bits: 01111111
adding one: 10000000 -> -128 again
但请大家*记住：过早优化是万恶之源！ （对于任何资源丰富的架构，优化器都是过去的事情）
*：OP已经通过了这个，所以这适用于所有其他人，比如我。
（注意自我：过早地（过早地）愚蠢是所有（正当的）downvotes的根源。）