Почему std :: sin () и std :: cos () медленнее, чем sin () и cos ()?

Question

Тестовый код:

#include <cmath>
#include <cstdio>

const int N = 4096;
const float PI = 3.1415926535897932384626;

float cosine[N][N];
float sine[N][N];

int main() {
    printf("a\n");
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        for (int j = 0; j < N; j++) {
            cosine[i][j] = cos(i*j*2*PI/N);
            sine[i][j] = sin(-i*j*2*PI/N);
        }
    }
    printf("b\n");
}

Вот время:

$ g++ main.cc -o main
$ time ./main
a
b

real    0m1.406s
user    0m1.370s
sys     0m0.030s

После добавления using namespace std; время:

$ g++ main.cc -o main
$ time ./main
a
b

real    0m8.743s
user    0m8.680s
sys     0m0.030s

Компилятор:

$ g++ --version
g++ (Ubuntu/Linaro 4.5.2-8ubuntu4) 4.5.2

Монтаж:

Dump of assembler code for function sin@plt:                                    
0x0000000000400500 <+0>:     jmpq   *0x200b12(%rip)        # 0x601018 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+48>
0x0000000000400506 <+6>:     pushq  $0x3                                     
0x000000000040050b <+11>:    jmpq   0x4004c0                                 
End of assembler dump.

Dump of assembler code for function std::sin(float):                            
0x0000000000400702 <+0>:     push   %rbp                                     
0x0000000000400703 <+1>:     mov    %rsp,%rbp                                
0x0000000000400706 <+4>:     sub    $0x10,%rsp                               
0x000000000040070a <+8>:     movss  %xmm0,-0x4(%rbp)                         
0x000000000040070f <+13>:    movss  -0x4(%rbp),%xmm0                         
0x0000000000400714 <+18>:    callq  0x400500 <sinf@plt>                      
0x0000000000400719 <+23>:    leaveq                                          
0x000000000040071a <+24>:    retq                                            
End of assembler dump.

Dump of assembler code for function sinf@plt:                                   
0x0000000000400500 <+0>:     jmpq   *0x200b12(%rip)        # 0x601018 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+48>
0x0000000000400506 <+6>:     pushq  $0x3                                     
0x000000000040050b <+11>:    jmpq   0x4004c0                                 
End of assembler dump.

Answer 1

Вы используете другую перегрузку:

Попробуйте

        double angle = i*j*2*PI/N;
        cosine[i][j] = cos(angle);
        sine[i][j] = sin(angle);

он должен выполнить то же самое с using namespace std;

Answer 2

I думаю, разница в том, что есть перегрузки для std :: sin () для float и для double, тогда как sin () принимает только double.Внутри std :: sin () для чисел с плавающей запятой может произойти преобразование в double, затем вызов std :: sin () для удвоений, а затем преобразование результата обратно в float, что делает его медленнее.

Answer 3

Используйте флаг -S в командной строке компилятора и проверьте разницу между выводом ассемблера.Возможно using namespace std; дает много неиспользуемого материала в исполняемом файле.

Answer 4

Я провел некоторые измерения, используя clang с оптимизацией -O3, работая на Intel Core i7. Я обнаружил, что:

• std::sin на float имеет ту же стоимость, что и sinf
• std::sin на double стоит столько же, сколько sin
• Функции sin на double в 2,5 раза медленнее, чем на float (опять же, на Intel Core i7).

Вот полный код для его воспроизведения:

#include <chrono>
#include <cmath>
#include <iostream>

template<typename Clock>
struct Timer
{
    using rep = typename Clock::rep;
    using time_point = typename Clock::time_point;
    using resolution = typename Clock::duration;

    Timer(rep& duration) :
    duration(&duration) {
        startTime = Clock::now();
    }
    ~Timer() {
        using namespace std::chrono;
        *duration = duration_cast<resolution>(Clock::now() - startTime).count();
    }
private:

    time_point startTime;
    rep* duration;
};

template<typename T, typename F>
void testSin(F sin_func) {
  using namespace std;
  using namespace std::chrono;
  high_resolution_clock::rep duration = 0;
  T sum {};
  {
    Timer<high_resolution_clock> t(duration);
    for(int i=0; i<100000000; ++i) {
      sum += sin_func(static_cast<T>(i));
    }
  }
  cout << duration << endl;
  cout << "  " << sum << endl;
}

int main() {
  testSin<float> ([] (float  v) { return std::sin(v); });
  testSin<float> ([] (float  v) { return sinf(v); });
  testSin<double>([] (double v) { return std::sin(v); });
  testSin<double>([] (double v) { return sin(v); });
  return 0;
}

Мне было бы интересно, если бы люди могли сообщать, в комментариях к результатам их архитектуры, особенно относительно float против double времени.