Question

我最近阅读了这篇文章：Floating point vs integer calculations on modern hardware并对我自己的处理器在这个准基准测试中的性能感到好奇，因此我将两个版本的代码放在一起，一个在C＃中，一个在C ++中（Visual Studio 2010 Express）并通过优化对它们进行编译，以查看其中的内容。我的C＃版本的输出是相当合理的：

int add/sub: 350ms
int div/mul: 3469ms
float add/sub: 1007ms
float div/mul: 67493ms
double add/sub: 1914ms
double div/mul: 2766ms

当我编译并运行C ++版本时，一些完全不同的东西被淘汰了：

int add/sub: 210.653ms
int div/mul: 2946.58ms
float add/sub: 3022.58ms
float div/mul: 172931ms
double add/sub: 1007.63ms
double div/mul: 74171.9ms

我预计会有一些性能差异，但不是很大！我不明白为什么C ++中的除法/乘法比加法/减法慢得多，其中托管C＃版本对我的期望更合理。该函数的C ++版本的代码如下：

template< typename T> void GenericTest(const char *typestring)
{
    T v = 0;
    T v0 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v1 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v2 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v3 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v4 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v5 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v6 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v7 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v8 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;
    T v9 = (T)((rand() % 256) / 16) + 1;

    HTimer tmr = HTimer();
    tmr.Start();
    for (int i = 0 ; i < 100000000 ; ++i)
    {
        v += v0;
        v -= v1;
        v += v2;
        v -= v3;
        v += v4;
        v -= v5;
        v += v6;
        v -= v7;
        v += v8;
        v -= v9;
    }
    tmr.Stop();

      // I removed the bracketed values from the table above, they just make the compiler
      // assume I am using the value for something do it doesn't optimize it out.
    cout << typestring << " add/sub: " << tmr.Elapsed() * 1000 << "ms [" << (int)v << "]" << endl;

    tmr.Start();
    for (int i = 0 ; i < 100000000 ; ++i)
    {
        v /= v0;
        v *= v1;
        v /= v2;
        v *= v3;
        v /= v4;
        v *= v5;
        v /= v6;
        v *= v7;
        v /= v8;
        v *= v9;
    }
    tmr.Stop();

    cout << typestring << " div/mul: " << tmr.Elapsed() * 1000 << "ms [" << (int)v << "]" << endl;
}

C＃测试的代码不是通用的，因此实现：

static double DoubleTest()
{
    Random rnd = new Random();
    Stopwatch sw = new Stopwatch();

    double v = 0;
    double v0 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v1 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v2 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v3 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v4 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v5 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v6 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v7 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v8 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);
    double v9 = (double)rnd.Next(1, int.MaxValue);

    sw.Start();
    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    {
        v += v0;
        v -= v1;
        v += v2;
        v -= v3;
        v += v4;
        v -= v5;
        v += v6;
        v -= v7;
        v += v8;
        v -= v9;
    }
    sw.Stop();

    Console.WriteLine("double add/sub: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
    sw.Reset();

    sw.Start();
    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    {
        v /= v0;
        v *= v1;
        v /= v2;
        v *= v3;
        v /= v4;
        v *= v5;
        v /= v6;
        v *= v7;
        v /= v8;
        v *= v9;
    }
    sw.Stop();

    Console.WriteLine("double div/mul: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
    sw.Reset();

    return v;
}

这里有什么想法吗？

Answer 1

对于浮点div / mul测试，您可能会得到非规范化值，这些值处理正常的浮点值要慢得多。这对于int测试来说不是问题，并且在双重测试后会出现很多。

你应该能够将它添加到C ++的开头，将非正规数刷新为零：

_controlfp(_DN_FLUSH, _MCW_DN);

我不知道如何在C＃中做到这一点（或者如果可能的话）。

这里有更多信息： Floating Point Math Execution Time

Answer 2

C＃可能会将除法vx优化为乘以1 / vx，因为它知道这些值在循环期间未被修改，并且它可以预先计算一次反转。

您可以自己进行优化并在C ++中计时。

Answer 3

如果您对浮点速度和可能的优化感兴趣，请阅读本书：http://www.agner.org/optimize/optimizing_cpp.pdf

您也可以查看：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa289157%28VS.71%29.aspx

您的结果可能取决于诸如JIT，编译标志（调试/发布，要执行哪种FP优化或允许指令集）之类的内容。

尝试将这些标志设置为最大优化并更改程序，这样它肯定不会产生溢出或NAN，因为它们会影响计算速度。（甚至像“v + = v1; v + = v2; v - = v1; v - = v2;”之类的东西也可以，因为它不会在“严格”或“精确”浮点模式下减少）。另外，尽量不要使用比FP寄存器更多的变量。

Answer 4

乘法也不错。我认为这比加法慢几个周期，但是，与其他人相比，除法非常慢。它需要更长的时间，与其他3个操作不同，它不是流水线的。

Answer 5

我还认为你的C ++非常慢。所以我自己跑了。事实证明，实际上，你完全错了。 fail http://img59.imageshack.us/img59/3597/loltimer.jpg

我用Windows高性能计时器替换了你的计时器（我不知道你使用的计时器，但我没有一个方便）。那东西可以做纳秒或更好。你猜怎么着？ Visual Studio说没有。我甚至没有调整它以获得最高性能。 VS可以通过这种废话看到并消除所有循环。这就是为什么你永远不应该使用这种“剖析”。获得专业的探查器并回来。除非2010 Express与2010 Professional不同，我怀疑。它们主要在IDE功能上有所不同，而不是原始代码性能/优化。

我甚至不打扰你的C＃。

编辑：这是DEBUG x64（上一个屏幕是x86，但我认为我在x64上做x64）并且我还修复了一个小错误，导致时间是负面而不是正面。因此，除非你想告诉我你的32位版本的FP慢了一百倍，我想你已经搞砸了。 alt text http://img693.imageshack.us/img693/1866/loltimerdebug.jpg

我确实感到好奇的一件事是x86调试程序从未在第二次浮动测试中终止，即，如果你先浮动，然后加倍，那就是失败的双div / mul。如果你做了双倍然后浮动，浮动div / mul失败。必须是编译器故障。

浮点Div / Mul＆gt;比Add / Sub慢30倍？

5 个答案: