C++ 查看固定长度数组之间的字节数相等的最快方法

我有两个包含16个元素（字符）的数组，我需要“比较”它们，看看这两个数组中有多少元素相等

这个例程将被使用数百万次（通常的运行次数约为6000万或7000万次），所以我需要它尽可能快。我正在C++（C++ Builder 2007，用于记录）< /P>工作 现在，我有一个简单的问题：

matches += array1[0] == array2[0];

重复16次（因为分析速度似乎比使用for循环快30%）

有没有其他方法可以更快地工作

有关环境和数据本身的一些数据：

• 我使用的是C++Builder，它没有任何速度优化需要考虑。我最终会尝试使用另一个编译器，但现在我只能使用这个
• 大多数情况下，数据都会有所不同。100%相等的数据通常非常罕见（可能小于1%）

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一句话是否更快

matches += (array1[0] == array2[0]) + (array1[1] == array2[1]) + ...;

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如果您能够控制阵列的位置，例如在内存中一个接一个地放置阵列，则可能会在第一次访问时将其加载到CPU的缓存中

它取决于CPU及其缓存结构，并且在不同的机器上会有所不同

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您可以在

中阅读有关内存层次结构和缓存的内容，如果写入速度比简单循环快16倍，那么您的编译器要么很差劲，要么没有启用优化

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简短回答：没有更快的方法，除非你在并行硬件上做向量运算。

神奇的编译器选项会随着时间的推移而变化很大。特别是使其生成SSE矢量化可能会给您带来巨大的加速。

如果您需要绝对最低的占用空间，我会使用汇编代码。我已经有一段时间没有这样做了，但我敢打赌MMX（或者更可能是SSE2/3）有一些指令可以让您在很少的指令中完全做到这一点。

如果匹配是常见的情况，那么尝试将值加载为32位整数而不是16位整数，这样您就可以一次性比较2个（并将其计为2个匹配）

如果两个32位值不相同，则必须分别测试它们（并找出顶部和底部的16位值）

代码将更加复杂，但应该更快

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如果您的目标是64位系统，您可以对64位整数执行相同的操作，如果您真的想达到极限，请查看汇编器并使用各种基于向量的指令，这些指令可以让您一次处理128位。

尝试使用指针而不是数组：

p1 = &array1[0];
p2 = &array2[0];
match += (*p1++ == *p2++);
// copy 15 times.

当然，您必须将其与其他方法进行比较，以确定哪种方法最快

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您确定此例程是您处理过程中的瓶颈吗？您是否真的通过优化它来提高整个应用程序的性能？同样，只有测量才能说明问题。

关键是使用CPU支持的最大寄存器进行比较，然后在必要时回退到字节

下面的代码演示了如何使用4字节整数，但如果在SIMD体系结构（任何现代Intel或AMD芯片）上运行，则可以在一条指令中比较两个阵列，然后返回到基于整数的循环。现在大多数编译器都具有对128位类型的内在支持，因此不需要ASM

（请注意，对于SIMD比较，您的阵列必须是16字节对齐的，而某些处理器（例如MIPS）将要求阵列是4字节对齐的，以便进行基于int的比较

例如

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有什么方法可以修改数组的存储方式吗？考虑到您可能使用的是32位编译器，一次比较1个字节的速度非常慢。相反，如果您将16个字节存储在4个整数（32位）或2个长（64位）中，则只需分别执行4个或2个比较

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要问自己的问题是，将数据存储为4个整数或2个长数组的成本是多少。您需要多久访问一次数据，等等。

总是有好的旧x86 REPNE CMPS指令。

更新：此答案已被修改，以使我的注释与下面提供的源代码相匹配

如果您能够使用SSE2和popcnt指令，则可以进行优化

16字节恰好适合于SSE寄存器。使用C++和汇编／内联函数，将两个16字节数组加载到XMM寄存器中，并将它们登记到CMP中。这样就生成了一个表示比较的真/假条件的位掩码。然后使用MOVMSK指令将位掩码的位表示加载到x86登记器中，然后成为这是一个位字段，您可以在其中对所有1进行计数，以确定有多少个真值。硬件popcnt指令可以快速对寄存器中的所有1进行计数

这需要了解汇编/内部函数，尤其是SSE。您应该能够找到这两者的web资源

如果在不支持SSE2或popcnt的计算机上运行此代码，则必须迭代数组并使用展开循环方法计算差异

祝你好运

编辑： 由于您表示不了解汇编，以下是一些示例代码来说明我的答案：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "intrin.h"

inline unsigned cmpArray16( char (&arr1)[16], char (&arr2)[16] )
{
    __m128i first = _mm_loadu_si128( reinterpret_cast<__m128i*>( &arr1 ) );
    __m128i second = _mm_loadu_si128( reinterpret_cast<__m128i*>( &arr2 ) );

    return _mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( first, second ) );
}

int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[] )
{
    unsigned count = 0;
    char    arr1[16] = { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 };
    char    arr2[16] = { 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 };

    count = __popcnt( cmpArray16( arr1, arr2 ) );

    std::cout << "The number of equivalent bytes = " << count << std::endl;

    return 0;
}

#包括“stdafx.h”
#包括
#包括“intrin.h”
内联无符号cmpArray16（字符（&arr1）[16]，字符（&arr2）[16]）
{
__m128i第一个=_mm_loadu_si128（重新解释铸件（&arr1））；
__m128i秒=毫米负载si128（重新解释铸件（&arr2））；
返回_mm_movemask_epi8（_mm_cmpeq_epi8（第一、第二））；
}
int _tmain（int argc，_TCHAR*argv[]
{
无符号计数=0；
chararr1[16]={0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0}；
chararr2[16]={1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0}；
计数=uu popcnt（cmpArray16（arr1，arr2））；
std:：cout这必须是独立于平台的，还是这段代码总是在同一类型的CPU上运行
// depending on compiler you may have to insert the words via an intrinsic
__m128 qw1 = *(__m128*)byteArray[0];
__m128 qw2 = *(__m128*)byteArray[1];

// again, depending on the compiler the comparision may have to be done via an intrinsic
if (qw1 == qw2)
{
    same = 16;
}
else
{
    // do int/byte testing
}

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "intrin.h"

inline unsigned cmpArray16( char (&arr1)[16], char (&arr2)[16] )
{
    __m128i first = _mm_loadu_si128( reinterpret_cast<__m128i*>( &arr1 ) );
    __m128i second = _mm_loadu_si128( reinterpret_cast<__m128i*>( &arr2 ) );

    return _mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( first, second ) );
}

int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[] )
{
    unsigned count = 0;
    char    arr1[16] = { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0 };
    char    arr2[16] = { 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0 };

    count = __popcnt( cmpArray16( arr1, arr2 ) );

    std::cout << "The number of equivalent bytes = " << count << std::endl;

    return 0;
}