Почему добавление дополнительной проверки в цикле имеет большое значение для одних машин и мало для других?
Я проводил некоторое тестирование, чтобы увидеть, какую большую разницу имеет дополнительная проверка границ в циклах. Это вызвано размышлением о стоимости неявной проверки границ, вставляемой такими языками, как C #, Java и т. Д., При доступе к массивам.
Обновление: я попробовал ту же самую исполняемую программу на нескольких дополнительных компьютерах, которая проливает гораздо больше света на происходящее. Сначала я перечислил оригинальный компьютер, а затем мой современный ноутбук. На моем современном ноутбуке добавление дополнительных проверок в цикле добавляет всего от 1 до 4% к затраченному времени, по сравнению с 3–30% для исходного оборудования.
Processor x86 Family 6 Model 30 Stepping 5 GenuineIntel ~2793 Mhz
Ratio 2 checks : 1 check = 1.0310
Ratio 3 checks : 1 check = 1.2769
Processor Intel(R) Core(TM) i7-3610QM CPU @ 2.30GHz, 2301 Mhz, 4 Core(s), 8 Logical Processor(s)
Ratio 2 checks : 1 check = 1.0090
Ratio 3 checks : 1 check = 1.0393
Processor Intel(R) Core(TM) i5-2500 CPU @ 3.30GHz, 4 Cores(s)
Ratio 2 checks : 1 check = 1.0035
Ratio 3 checks : 1 check = 1.0639
Processor Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T9300 @ 2.50GHz, 2501 Mhz, 2 Core(s), 2 Logical Processor(s)
Ratio 2 checks : 1 check = 1.1195
Ratio 3 checks : 1 check = 1.3597
Processor x86 Family 15 Model 43 Stepping 1 AuthenticAMD ~2010 Mhz
Ratio 2 checks : 1 check = 1.0776
Ratio 3 checks : 1 check = 1.1451
В тестовой программе ниже первая функция проверяет только одну привязку, вторая проверяет две, а третья проверяет три (в вызывающем кодеn1=n2=n3). Я обнаружил, что соотношениедве проверки: одна было около 1,03, а соотношениетри проверки: одна было около 1,3. Я был удивлен тем, что добавление еще одной проверки оказало такое влияние на производительность. Я получилинтересный ответ относительно низкой стоимости проверки границ на современных процессорах на мой оригинальный вопрос, который может пролить некоторый свет на различия, наблюдаемые здесь.
Обратите внимание, что важно компилировать программу без включенной оптимизации всей программы; в противном случае компилятор может просто удалить проверку дополнительных границ.
// dotprod.cpp
#include "dotprod.h"
double SumProduct(const double* v1, const double* v2, int n)
{
double sum=0;
for(int i=0;
i<n;
++i)
sum += v1[i]*v2[i];
return sum;
}
double SumProduct(const double* v1, const double* v2, int n1, int n2)
{
double sum=0;
for(int i=0;
i<n1 && i <n2;
++i)
sum += v1[i]*v2[i];
return sum;
}
double SumProduct(const double* v1, const double* v2, int n1, int n2, int n3)
{
double sum=0;
for(int i=0;
i<n1 && i <n2 && i <n3;
++i)
sum += v1[i]*v2[i];
return sum;
}
Этот код изначально создавался с использованием Visual Studio 2010, Release, Win32 (я добавил тег 'C', поскольку причина различий в скорости, скорее всего, не связана с C ++ и может не зависеть от Windows). Кто-нибудь может это объяснить?
Остальной код ниже, для информации. Это имеет некоторые специфические для C ++ вещи.
Заголовочный файл
// dotprod.h
double SumProduct(const double*, const double*, int n);
double SumProduct(const double*, const double*, int n1, int n2);
double SumProduct(const double*, const double*, int n1, int n2, int n3);
Испытательный жгут
// main.cpp
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <numeric>
#include <vector>
#include <windows.h>
#include "../dotprod/dotprod.h" // separate lib
typedef __int64 timecount_t;
inline timecount_t GetTimeCount()
{
LARGE_INTEGER li;
if (!QueryPerformanceCounter(&li)) {
exit(1);
}
return li.QuadPart;
}
int main()
{
typedef std::vector<double> dvec;
const int N = 100 * 1000;
// Initialize
dvec v1(N);
dvec v2(N);
dvec dp1(N);
dvec dp2(N);
dvec dp3(N);
for(int i=0; i<N; ++i) {
v1[i] = i;
v2[i] = log(static_cast<double>(i+1));
}
const timecount_t t0 = GetTimeCount();
// Check cost with one bound
for(int n=0; n<N; ++n) {
dp1[n] = SumProduct(&(v1[0]),&(v2[0]),n);
}
const timecount_t t1 = GetTimeCount();
// Check cost with two bounds
for(int n=0; n<N; ++n) {
dp2[n] = SumProduct(&(v1[0]),&(v2[0]),n,n);
}
const timecount_t t2 = GetTimeCount();
// Check cost with three bounds
for(int n=0; n<N; ++n) {
dp3[n] = SumProduct(&(v1[0]),&(v2[0]),n,n,n);
}
const timecount_t t3 = GetTimeCount();
// Check results
const double sumSumProducts1 = std::accumulate(dp1.begin(), dp1.end(), 0.0);
const double sumSumProducts2 = std::accumulate(dp2.begin(), dp2.end(), 0.0);
const double sumSumProducts3 = std::accumulate(dp3.begin(), dp3.end(), 0.0);
printf("Sums of dot products: %.1f, %.1f, %.1f\n", sumSumProducts1, sumSumProducts2, sumSumProducts3);
// Output timings
const timecount_t elapsed1 = t1-t0;
const timecount_t elapsed2 = t2-t1;
const timecount_t elapsed3 = t3-t2;
printf("Elapsed: %.0f, %.0f, %.0f\n",
static_cast<double>(elapsed1),
static_cast<double>(elapsed2),
static_cast<double>(elapsed3));
const double ratio2to1 = elapsed2 / static_cast<double>(elapsed1);
const double ratio3to1 = elapsed3 / static_cast<double>(elapsed1);
printf("Ratio 2:1=%.2f\n", ratio2to1);
printf("Ratio 3:1=%.2f\n", ratio3to1);
return 0;
}
Для того, чтобы произвести сборку, я воспользовался советом вэтот ответ (случай 2, отключение оптимизации всей программы), создание следующего файла asm.
; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 16.00.40219.01
TITLE C:\dev\TestSpeed\dotprod\dotprod.cpp
.686P
.XMM
include listing.inc
.model flat
INCLUDELIB OLDNAMES
PUBLIC __real@0000000000000000
PUBLIC ?SumProduct@@YANPBN0HHH@Z ; SumProduct
EXTRN __fltused:DWORD
; COMDAT __real@0000000000000000
; File c:\dev\testspeed\dotprod\dotprod.cpp
CONST SEGMENT
__real@0000000000000000 DQ 00000000000000000r ; 0
; Function compile flags: /Ogtp
CONST ENDS
; COMDAT ?SumProduct@@YANPBN0HHH@Z
_TEXT SEGMENT
tv491 = -4 ; size = 4
_v1$ = 8 ; size = 4
_v2$ = 12 ; size = 4
_n1$ = 16 ; size = 4
_n2$ = 20 ; size = 4
_n3$ = 24 ; size = 4
?SumProduct@@YANPBN0HHH@Z PROC ; SumProduct, COMDAT
; 25 : {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx
; 26 : double sum=0;
fldz
push ebx
mov ebx, DWORD PTR _v2,$[ebp]
push esi
push edi
mov edi, DWORD PTR _n1$[ebp]
; 27 : for(int i=0;
xor ecx, ecx
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
cmp edi, 4
jl $LC8@SumProduct
; 26 : double sum=0;
mov edi, DWORD PTR _v1$[ebp]
lea esi, DWORD PTR [edi+24]
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
sub edi, ebx
lea edx, DWORD PTR [ecx+2]
lea eax, DWORD PTR [ebx+8]
mov DWORD PTR tv491[ebp], edi
$LN15@SumProduct:
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
mov ebx, DWORD PTR _n2$[ebp]
cmp ecx, ebx
jge $LN9@SumProduct
cmp ecx, DWORD PTR _n3$[ebp]
jge $LN9@SumProduct
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax-8]
lea edi, DWORD PTR [edx-1]
fmul QWORD PTR [esi-24]
faddp ST(1), ST(0)
cmp edi, ebx
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
cmp edi, DWORD PTR _n3$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
mov edi, DWORD PTR tv491[ebp]
fld QWORD PTR [edi+eax]
fmul QWORD PTR [eax]
faddp ST(1), ST(0)
cmp edx, ebx
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
cmp edx, DWORD PTR _n3$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax+8]
lea edi, DWORD PTR [edx+1]
fmul QWORD PTR [esi-8]
faddp ST(1), ST(0)
cmp edi, ebx
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
cmp edi, DWORD PTR _n3$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax+16]
mov edi, DWORD PTR _n1$[ebp]
fmul QWORD PTR [esi]
add ecx, 4
lea ebx, DWORD PTR [edi-3]
add eax, 32 ; 00000020H
add esi, 32 ; 00000020H
faddp ST(1), ST(0)
add edx, 4
cmp ecx, ebx
jl SHORT $LN15@SumProduct
mov ebx, DWORD PTR _v2$[ebp]
$LC8@SumProduct:
; 28 : i<n1 && i <n2 && i <n3;
; 29 : ++i)
cmp ecx, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct
mov edx, DWORD PTR _v1$[ebp]
lea eax, DWORD PTR [ebx+ecx*8]
sub edx, ebx
$LC3@SumProduct:
cmp ecx, DWORD PTR _n2$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct
cmp ecx, DWORD PTR _n3$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct
; 30 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax+edx]
inc ecx
fmul QWORD PTR [eax]
add eax, 8
faddp ST(1), ST(0)
cmp ecx, edi
jl SHORT $LC3@SumProduct
$LN9@SumProduct:
; 31 : return sum;
; 32 : }
pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
?SumProduct@@YANPBN0HHH@Z ENDP ; SumProduct
_TEXT ENDS
PUBLIC ?SumProduct@@YANPBN0HH@Z ; SumProduct
; Function compile flags: /Ogtp
; COMDAT ?SumProduct@@YANPBN0HH@Z
_TEXT SEGMENT
tv448 = -4 ; size = 4
_v1$ = 8 ; size = 4
_v2$ = 12 ; size = 4
_n1$ = 16 ; size = 4
_n2$ = 20 ; size = 4
?SumProduct@@YANPBN0HH@Z PROC ; SumProduct, COMDAT
; 15 : {
push ebp
mov ebp, esp
push ecx
; 16 : double sum=0;
fldz
push ebx
mov ebx, DWORD PTR _v2$[ebp]
push esi
push edi
mov edi, DWORD PTR _n1$[ebp]
; 17 : for(int i=0;
xor ecx, ecx
; 18 : i<n1 && i <n2;
; 19 : ++i)
cmp edi, 4
jl SHORT $LC8@SumProduct@2
; 16 : double sum=0;
mov edi, DWORD PTR _v1$[ebp]
lea edx, DWORD PTR [edi+24]
; 20 : sum += v1[i]*v2[i];
sub edi, ebx
lea esi, DWORD PTR [ecx+2]
lea eax, DWORD PTR [ebx+8]
mov DWORD PTR tv448[ebp], edi
$LN19@SumProduct@2:
mov edi, DWORD PTR _n2$[ebp]
cmp ecx, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
fld QWORD PTR [eax-8]
lea ebx, DWORD PTR [esi-1]
fmul QWORD PTR [edx-24]
faddp ST(1), ST(0)
cmp ebx, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
mov ebx, DWORD PTR tv448[ebp]
fld QWORD PTR [ebx+eax]
fmul QWORD PTR [eax]
faddp ST(1), ST(0)
cmp esi, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
fld QWORD PTR [eax+8]
lea ebx, DWORD PTR [esi+1]
fmul QWORD PTR [edx-8]
faddp ST(1), ST(0)
cmp ebx, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
fld QWORD PTR [eax+16]
mov edi, DWORD PTR _n1$[ebp]
fmul QWORD PTR [edx]
add ecx, 4
lea ebx, DWORD PTR [edi-3]
add eax, 32 ; 00000020H
add edx, 32 ; 00000020H
faddp ST(1), ST(0)
add esi, 4
cmp ecx, ebx
jl SHORT $LN19@SumProduct@2
mov ebx, DWORD PTR _v2$[ebp]
$LC8@SumProduct@2:
; 18 : i<n1 && i <n2;
; 19 : ++i)
cmp ecx, edi
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
mov edx, DWORD PTR _v1$[ebp]
lea eax, DWORD PTR [ebx+ecx*8]
sub edx, ebx
$LC3@SumProduct@2:
cmp ecx, DWORD PTR _n2$[ebp]
jge SHORT $LN9@SumProduct@2
; 20 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax+edx]
inc ecx
fmul QWORD PTR [eax]
add eax, 8
faddp ST(1), ST(0)
cmp ecx, edi
jl SHORT $LC3@SumProduct@2
$LN9@SumProduct@2:
; 21 : return sum;
; 22 : }
pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
?SumProduct@@YANPBN0HH@Z ENDP ; SumProduct
_TEXT ENDS
PUBLIC ?SumProduct@@YANPBN0H@Z ; SumProduct
; Function compile flags: /Ogtp
; COMDAT ?SumProduct@@YANPBN0H@Z
_TEXT SEGMENT
_v1$ = 8 ; size = 4
_v2$ = 12 ; size = 4
?SumProduct@@YANPBN0H@Z PROC ; SumProduct, COMDAT
; _n$ = eax
; 5 : {
push ebp
mov ebp, esp
mov edx, DWORD PTR _v2$[ebp]
; 6 : double sum=0;
fldz
push ebx
push esi
mov esi, eax
; 7 : for(int i=0;
xor ebx, ebx
push edi
mov edi, DWORD PTR _v1$[ebp]
; 8 : i<n;
; 9 : ++i)
cmp esi, 4
jl SHORT $LC9@SumProduct@3
; 6 : double sum=0;
lea eax, DWORD PTR [edx+8]
lea ecx, DWORD PTR [edi+24]
; 10 : sum += v1[i]*v2[i];
sub edi, edx
lea edx, DWORD PTR [esi-4]
shr edx, 2
inc edx
lea ebx, DWORD PTR [edx*4]
$LN10@SumProduct@3:
fld QWORD PTR [eax-8]
add eax, 32 ; 00000020H
fmul QWORD PTR [ecx-24]
add ecx, 32 ; 00000020H
dec edx
faddp ST(1), ST(0)
fld QWORD PTR [edi+eax-32]
fmul QWORD PTR [eax-32]
faddp ST(1), ST(0)
fld QWORD PTR [eax-24]
fmul QWORD PTR [ecx-40]
faddp ST(1), ST(0)
fld QWORD PTR [eax-16]
fmul QWORD PTR [ecx-32]
faddp ST(1), ST(0)
jne SHORT $LN10@SumProduct@3
; 6 : double sum=0;
mov edx, DWORD PTR _v2$[ebp]
mov edi, DWORD PTR _v1$[ebp]
$LC9@SumProduct@3:
; 8 : i<n;
; 9 : ++i)
cmp ebx, esi
jge SHORT $LN8@SumProduct@3
sub edi, edx
lea eax, DWORD PTR [edx+ebx*8]
sub esi, ebx
$LC3@SumProduct@3:
; 10 : sum += v1[i]*v2[i];
fld QWORD PTR [eax+edi]
add eax, 8
dec esi
fmul QWORD PTR [eax-8]
faddp ST(1), ST(0)
jne SHORT $LC3@SumProduct@3
$LN8@SumProduct@3:
; 11 : return sum;
; 12 : }
pop edi
pop esi
pop ebx
pop ebp
ret 0
?SumProduct@@YANPBN0H@Z ENDP ; SumProduct
_TEXT ENDS
END