Question

最近我正在使用代码类似于：

的应用程序

for (auto x = 0; x < width - 1 - left; ++x)
{
    // store / reset points
    temp = hPoint = 0;
    for(int channel = 0; channel < audioData.size(); channel++)
    {
        if (peakmode) /* fir rms of window size */
        {
            for (int z = 0; z < sizeFactor; z++)
            {
                temp += audioData[channel][x * sizeFactor + z + offset];
            }
            hPoint += temp / sizeFactor;
        }
        else /* highest sample in window */
        {
            for (int z = 0; z < sizeFactor; z++)
            {
                temp = audioData[channel][x * sizeFactor + z + offset];
                if (std::fabs(temp) > std::fabs(hPoint))
                hPoint = temp;
            }
        }
        .. some other code
    }
    ... some more code
}

这是在一个图形渲染循环中，称为50-100次/秒，多个通道中的缓冲区高达192kHz。因此，很多数据都在最里面的循环中运行，并且分析显示这是一个热点。

在我看来，可以将浮点数转换为整数并删除符号位，然后仅使用临时值将其转换回来。它看起来像这样：

if ((const float &&)(*((int *)&temp) & ~0x80000000) > (const float &&)(*((int *)&hPoint) & ~0x80000000))
    hPoint = temp;

这使渲染时间减少了12倍，同时仍然产生相同的有效输出。请注意，audiodata中的所有内容都要事先清理，以便不包含nans / infs / denormals，并且只有[-1,1]的范围。

是否存在此优化会产生错误结果的极端情况 - 或者，为什么标准库函数没有像这样实现？我认为它与处理非正常值有关吗？

e：浮点模型的布局符合ieee，sizeof（float）== sizeof（int）== 4

Answer 1

好吧，您将浮点模式设置为符合IEEE标准。通常，对于像--fast-math这样的开关，编译器可以忽略像NaN，INF和非正规的IEEE极端情况。如果编译器也使用内在函数，它可能会发出相同的代码。

BTW，如果你将采用IEEE格式，那么在比较之前不需要将反转回浮动。 IEEE格式很漂亮：对于所有正有限值，a<b当且仅当reinterpret_cast<int_type>(a) < reinterpret_cast<int_type>(b)

Answer 2

在我看来，可以将浮点数转换为整数并删除符号位，然后仅使用临时值将其转换回来。

不，你不能，因为这违反了strict aliasing rule。

是否存在此优化会产生错误结果的极端情况

从技术上讲，此代码会导致未定义的行为，因此始终会产生错误的＆＃34;结果＆＃34;。从某种意义上说，绝对值的结果总是意外或不正确，但从某种意义上说，如果程序有未定义的行为，你就无法推断程序的作用。

或者，为什么标准库函数没有像这样实现？

你的怀疑是合理的，处理非正规值和其他异常值是棘手的，stdlib函数也需要考虑这些，而另一个原因仍然是未定义的行为。

如果您关心效果，则采用一种（非）解决方案：

您可以使用联合而不是强制转换和指针。 不幸的是，这只适用于C，而不是C ++。这不会导致UB，但它仍然不可移植（尽管它可能适用于大多数，如果并非所有平台都使用IEEE-754。

union {
    float f;
    unsigned u;
} pun = { .f = -3.14 };

pun.u &= ~0x80000000;

printf("abs(-pi) = %f\n", pun.f);

但是，如果被授予，这可能或者可能不会比调用fabs()更快。只有一件事是肯定的：它永远不会是正确的。

Answer 3

您希望fabs()在硬件中实现。毕竟，1980年有8087指令。你不会打败硬件。

Answer 4

标准库函数如何实现它是......依赖于实现。因此，您可能会发现具有不同性能的标准库的不同实现。

我想你可能在int不是32位的平台上遇到问题。您最好使用int32_t（cstdint＆gt;）

据我所知，std :: abs之前是内联的吗？或者您观察到的优化主要是由于函数调用的抑制？

Answer 5

关于重构如何改善绩效的一些观察：

如上所述，x * sizeFactor + offset可以从内循环中分解出来
peakmode实际上是一个改变函数行为的开关 - 制作两个函数而不是在循环中测试开关。这有两个好处：
1. 更易于维护
2. 更少的局部变量和代码路径可以阻止优化。
temp除sizeFactor之前的划分可以推迟到channel版本的peakmode循环之外。

abs(hPoint)

hPoint
如果audioData是向量的向量，则可以通过在audioData[channel]循环体的开头引用channel来获得一些性能优势，从而减少数组索引在z循环中向下到一维。
最后，对您认为合适的fabs的计算应用任何特定的优化。你在这里做的任何事都会损害便携性，所以这是最后的手段。

Answer 6

在VS2008中，使用以下内容跟踪hpoint和hIsNeg的绝对值以记住它是正面还是负面，大约是使用fabs()的两倍：

int hIsNeg=0 ;
...
//Inside loop, replacing
//    if (std::fabs(temp) > std::fabs(hPoint))
//        hPoint = temp;
if( temp < 0 )
{
    if( -temp > hpoint )
    {
        hpoint = -temp ;
        hIsNeg = 1 ;
    }
}
else
{
    if( temp > hpoint )
    {
        hpoint = temp ;
        hIsNeg = 0 ;
    }
}
...
//After loop
if( hIsNeg )
    hpoint = -hpoint ;

std :: fabs（）的优化不好？

6 个答案: