Question

我们的服务器应用程序在热代码路径中进行了大量的整数测试，目前我们使用以下函数：

inline int IsInteger(double n)
{
    return n-floor(n) < 1e-8
}

这个功能在我们的工作量中非常热，所以我希望它尽可能快。如果可以的话，我也想删除“楼层”库调用。有什么建议吗？

Answer 1

以下是几个答案：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int IsInteger1(double n)
{
  union
  {
        uint64_t i;
        double d;
  } u;
  u.d = n;

  int exponent = ((u.i >> 52) & 0x7FF) - 1023;
  uint64_t mantissa = (u.i & 0x000FFFFFFFFFFFFFllu);

  return n == 0.0 ||
        exponent >= 52 ||
        (exponent >= 0 && (mantissa << (12 + exponent)) == 0);
}

int IsInteger2(double n)
{
  return n - (double)(int)n == 0.0;
}

int IsInteger3(double n)
{
  return n - floor(n) == 0.0;
}

测试工具：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

int IsInteger1(double);
int IsInteger2(double);
int IsInteger3(double);

#define TIMEIT(expr, N) \
  gettimeofday(&start, NULL); \
  for(i = 0; i < N; i++) \
  { \
    expr; \
  } \
  gettimeofday(&end, NULL); \
  printf("%s: %f\n", #expr, (end.tv_sec - start.tv_sec) + 0.000001 * (end.tv_usec - start.tv_usec))

int main(int argc, char **argv)
{
  const int N = 100000000;
  struct timeval start, end;
  int i;

  double d = strtod(argv[1], NULL);
  printf("d=%lf %d %d %d\n", d, IsInteger(d), IsInteger2(d), IsInteger3(d));

  TIMEIT((void)0, N);
  TIMEIT(IsInteger1(d), N);
  TIMEIT(IsInteger2(d), N);
  TIMEIT(IsInteger3(d), N);

  return 0;
}

编译为：

gcc isinteger.c -O3 -c -o isinteger.o
gcc main.c isinteger.o -o isinteger

我的结果，在英特尔酷睿双核处理器上：

$ ./isinteger 12345
d=12345.000000 1 1 1
(void)0: 0.357215
IsInteger1(d): 2.017716
IsInteger2(d): 1.158590
IsInteger3(d): 2.746216

结论：这一点不像我想象的那么快。额外的分支可能会杀死它，即使它避免了浮点运算。现在FPU足够快，进行double到 - int转换或floor确实不是那么慢。

Answer 2

前后I ran a bunch of timings on the most efficient way to convert between floats and integers, and wrote them up。我也是timed techniques for rounding。

简短的故事是：从浮点转换为int，或者使用union hacks，由于称为load-hit-store的CPU危险，除非，否则不大可能是改进>浮动来自RAM，而不是寄存器。

因为它是一个内在的，abs（floor（x）-eps）可能是最快的解决方案。但是因为这对CPU的特定架构非常敏感 - 取决于非常敏感的事情，如管道深度和存储转发 - 你需要定时各种解决方案来找到一个真的是最佳的。

Answer 3

如果您机器上的double符合IEEE-754标准，则此联合描述双重布局。

union
{
   double d;
   struct
   {
       int sign     :1
       int exponent :11
       int mantissa :52
   };
} double_breakdown;

这将告诉您double是否表示整数。

免责声明1：我说的是整数，而不是 int ，因为double可以表示整数，但其幅度太大而不是存储在int。

免责声明2：双打将保留最接近任何实数的可能值。所以这只能返回表示的数字是否形成整数。例如，非常大的双精度数总是整数，因为它们没有足够的有效数字来表示任何小数值。

bool is_integer( double d )
{
    const int exponent_offset = 1023;
    const int mantissa_bits = 52;

    double_breakdown *db = &d;

    // See if exponent is too large to hold a decimal value.
    if ( db->exponent >= exponent_offset + mantissa_bits )
       return true;  // d can't represent non-integers

    // See if exponent is too small to hold a magnitude greater than 1.0.
    if ( db->exponent <= exponent_offset )
       return false; // d can't represent integers

    // Return whether any mantissa bits below the decimal point are set.
    return ( db->mantissa << db->exponent - exponent_offset == 0 );
}

Answer 4

如果您真的想要发牢骚，请参阅IEEE 754规范。浮点数被实现为有效数和指数。我不确定该怎么做，但你可能会做类似的事情：

union {
    float f;
    unsigned int i;
}

这将使您可以按位访问有效数和指数。然后，你可以用自己的方式旋转。

Answer 5

另一种选择：

inline int IsInteger(double n)
{
    double dummy;
    return modf(n, &dummy) == 0.0;
}

测试双数是否为整数的最快方法是什么（在现代英特尔X86处理器中）

5 个答案: