Чем отличается C ++ math.h abs () от моего abs () - PullRequest
Новая
       35

Чем отличается C ++ math.h abs () от моего abs ()

15 голосов
/ 21 мая 2010

В настоящее время я пишу некоторые glsl-подобные классы векторной математики в C ++, и я только что реализовал функцию abs(), например: 

template<class T>
static inline T abs(T _a)
{
    return _a < 0 ? -_a : _a;
}

Я сравнил его скорость с C ++ abs по умолчанию из math.h следующим образом: 

clock_t begin = clock();
for(int i=0; i<10000000; ++i)
{
    float a = abs(-1.25);
};

clock_t end = clock();
unsigned long time1 = (unsigned long)((float)(end-begin) / ((float)CLOCKS_PER_SEC/1000.0));

begin = clock();
for(int i=0; i<10000000; ++i)
{
    float a  = myMath::abs(-1.25);
};
end = clock();
unsigned long time2 = (unsigned long)((float)(end-begin) / ((float)CLOCKS_PER_SEC/1000.0));

std::cout<<time1<<std::endl;
std::cout<<time2<<std::endl;

Теперь абс по умолчанию занимает около 25 мс, а мой - 60. Я полагаю, что происходит некоторая оптимизация низкого уровня. Кто-нибудь знает, как math.h abs работает внутри? Разница в производительности ничего особенного, но мне просто любопытно!

Ответы [ 8 ]

16 голосов
/ 21 мая 2010

Поскольку они являются реализацией, они могут делать столько предположений, сколько захотят. Они знают формат double и могут вместо этого подшучивать.

Скорее всего (как почти даже не вопрос), ваш double - это двоичный код64 . Это означает, что знак имеет свой собственный бит, а абсолютное значение просто очищает этот бит. Например, в качестве специализации разработчик компилятора может сделать следующее : 

template <>
double abs<double>(const double x)
{
    // breaks strict aliasing, but compiler writer knows this behavior for the platform
    uint64_t i = reinterpret_cast<const std::uint64_t&>(x);
    i &= 0x7FFFFFFFFFFFFFFFULL; // clear sign bit

    return reinterpret_cast<const double&>(i);
}

Это удаляет ветвления и может работать быстрее.

9 голосов
/ 21 мая 2010

Существуют известные приемы для вычисления абсолютного значения числа со знаком, состоящего из двух дополнений. Если число отрицательное, переверните все биты и добавьте 1, то есть xor с -1 и вычтите -1. Если оно положительное, ничего не делать, то есть xor с 0 и вычитать 0. 

int my_abs(int x)
{
    int s = x >> 31;
    return (x ^ s) - s;
}
8 голосов
/ 21 мая 2010

Какой у вас компилятор и настройки? Я уверен, что MS и GCC реализуют «встроенные функции» для многих математических и строковых операций.

Следующая строка: 

printf("%.3f", abs(1.25));

попадает в следующий путь кода "fabs" (в msvcr90d.dll): 

004113DE  sub         esp,8 
004113E1  fld         qword ptr [__real@3ff4000000000000 (415748h)] 
004113E7  fstp        qword ptr [esp] 
004113EA  call        abs (4110FFh)

abs вызывает реализацию Cabs 'fabs' на MSVCR90D (довольно большая): 

102F5730  mov         edi,edi 
102F5732  push        ebp  
102F5733  mov         ebp,esp 
102F5735  sub         esp,14h 
102F5738  fldz             
102F573A  fstp        qword ptr [result] 
102F573D  push        0FFFFh 
102F5742  push        133Fh 
102F5747  call        _ctrlfp (102F6140h) 
102F574C  add         esp,8 
102F574F  mov         dword ptr [savedcw],eax 
102F5752  movzx       eax,word ptr [ebp+0Eh] 
102F5756  and         eax,7FF0h 
102F575B  cmp         eax,7FF0h 
102F5760  jne         fabs+0D2h (102F5802h) 
102F5766  sub         esp,8 
102F5769  fld         qword ptr [x] 
102F576C  fstp        qword ptr [esp] 
102F576F  call        _sptype (102F9710h) 
102F5774  add         esp,8 
102F5777  mov         dword ptr [ebp-14h],eax 
102F577A  cmp         dword ptr [ebp-14h],1 
102F577E  je          fabs+5Eh (102F578Eh) 
102F5780  cmp         dword ptr [ebp-14h],2 
102F5784  je          fabs+77h (102F57A7h) 
102F5786  cmp         dword ptr [ebp-14h],3 
102F578A  je          fabs+8Fh (102F57BFh) 
102F578C  jmp         fabs+0A8h (102F57D8h) 
102F578E  push        0FFFFh 
102F5793  mov         ecx,dword ptr [savedcw] 
102F5796  push        ecx  
102F5797  call        _ctrlfp (102F6140h) 
102F579C  add         esp,8 
102F579F  fld         qword ptr [x] 
102F57A2  jmp         fabs+0F8h (102F5828h) 
102F57A7  push        0FFFFh 
102F57AC  mov         edx,dword ptr [savedcw] 
102F57AF  push        edx  
102F57B0  call        _ctrlfp (102F6140h) 
102F57B5  add         esp,8 
102F57B8  fld         qword ptr [x] 
102F57BB  fchs             
102F57BD  jmp         fabs+0F8h (102F5828h) 
102F57BF  mov         eax,dword ptr [savedcw] 
102F57C2  push        eax  
102F57C3  sub         esp,8 
102F57C6  fld         qword ptr [x] 
102F57C9  fstp        qword ptr [esp] 
102F57CC  push        15h  
102F57CE  call        _handle_qnan1 (102F98C0h) 
102F57D3  add         esp,10h 
102F57D6  jmp         fabs+0F8h (102F5828h) 
102F57D8  mov         ecx,dword ptr [savedcw] 
102F57DB  push        ecx  
102F57DC  fld         qword ptr [x] 
102F57DF  fadd        qword ptr [__real@3ff0000000000000 (1022CF68h)] 
102F57E5  sub         esp,8 
102F57E8  fstp        qword ptr [esp] 
102F57EB  sub         esp,8 
102F57EE  fld         qword ptr [x] 
102F57F1  fstp        qword ptr [esp] 
102F57F4  push        15h  
102F57F6  push        8    
102F57F8  call        _except1 (102F99B0h) 
102F57FD  add         esp,1Ch 
102F5800  jmp         fabs+0F8h (102F5828h) 
102F5802  mov         edx,dword ptr [ebp+0Ch] 
102F5805  and         edx,7FFFFFFFh 
102F580B  mov         dword ptr [ebp-0Ch],edx 
102F580E  mov         eax,dword ptr [x] 
102F5811  mov         dword ptr [result],eax 
102F5814  push        0FFFFh 
102F5819  mov         ecx,dword ptr [savedcw] 
102F581C  push        ecx  
102F581D  call        _ctrlfp (102F6140h) 
102F5822  add         esp,8 
102F5825  fld         qword ptr [result] 
102F5828  mov         esp,ebp 
102F582A  pop         ebp  
102F582B  ret

В режиме выпуска вместо этого используется инструкция FPU FABS (занимает 1 такт только на FPU> = Pentium), вывод разборки: 

00401006  fld         qword ptr [__real@3ff4000000000000 (402100h)] 
0040100C  sub         esp,8 
0040100F  fabs             
00401011  fstp        qword ptr [esp] 
00401014  push        offset string "%.3f" (4020F4h) 
00401019  call        dword ptr [__imp__printf (4020A0h)]
4 голосов
/ 21 мая 2010

Вероятно, он использует битовую маску, чтобы установить бит знака на 0.

3 голосов
/ 21 мая 2010

Может быть несколько вещей:

  • Вы уверены, что первый звонок использует std::abs? С таким же успехом можно использовать целое число abs из C (либо явно вызвать std::abs, либо иметь using std::abs;)

  • компилятор может иметь встроенную реализацию некоторых функций с плавающей запятой (например, компилировать их непосредственно в инструкции FPU)

Однако я удивлен, что компилятор не исключает цикл полностью - поскольку вы ничего не делаете с каким-либо эффектом внутри цикла, и, по крайней мере, в случае abs, компилятор должен знать, что нет побочные эффекты.

1 голос
/ 21 мая 2010

Функция библиотеки abs работает с целыми числами, когда вы, очевидно, тестируете числа с плавающей точкой. Это означает, что вызов abs с аргументом float включает в себя преобразование из float в int (может быть неиспользуемым, поскольку вы используете константу, а компилятор может сделать это во время компиляции), затем операция INTEGER abs и преобразование int-> float. Ваша шаблонная функция будет включать операции с числами с плавающей точкой, и это, вероятно, имеет значение.

1 голос
/ 21 мая 2010

Ваша версия abs встроена и может быть вычислена один раз, и компилятор может легко узнать, что возвращаемое значение не изменится, поэтому даже не нужно вызывать функцию.

Вам действительно нужно посмотреть на сгенерированный код сборки (установить точку останова и открыть «большое» представление отладчика, эта разборка будет в левом нижнем углу, если память будет работать), а затем вы сможете увидеть, что происходит.

Вы можете найти документацию по вашему процессору в режиме онлайн без особых проблем, она расскажет вам, каковы все инструкции, чтобы вы могли выяснить, что происходит. Или вставьте его сюда, и мы расскажем вам. ;)

1 голос
/ 21 мая 2010

Вероятно, библиотечная версия abs является встроенной функцией, чье поведение точно известно компилятору, который может даже вычислить значение во время компиляции (поскольку в вашем случае это известно) и оптимизировать обратный вызов. Вам следует попробовать свои тесты со значением, известным только во время выполнения (предоставленным пользователем или полученным с помощью rand () до двух циклов).

Если разница все же есть, это может быть из-за того, что библиотека abs написана непосредственно в кованой сборке с волшебными уловками, поэтому она может быть немного быстрее сгенерированной.

...