C++ 处理器实际计算乘法是0还是1？为什么？ 简本

在以下行中：

aData[i] = aData[i] + ( aOn * sin( i ) );

如果

aOn

为

0

或

1

，处理器是实际执行乘法，还是有条件地计算出结果（

0

表示

0

，其他值表示

1

）

长版本 我正在研究算法性能的一致性，这在一定程度上涉及到算法的效果

假设该代码：

for ( i = 0; i < iNumSamples; i++ )
    aData[i] = aData[i] + ( aOn * sin( i ) );

for（i=0；i

将提供比此代码更稳定的性能（分支预测可能会破坏性能）：

for（i=0；i

aOn

为

0

或

1

，它可以在另一个线程执行循环期间切换

实际的条件计算（

+sin（i）

在上面的示例中）需要更多的处理，并且if条件必须在循环中（有许多条件，而不是像上面的示例中那样的一个条件；此外，对

aOn

的更改应该立即生效，而不是每个循环）

忽略性能一致性，两个选项之间的性能折衷是执行

if

语句和乘法所需的时间

---

无论如何，很容易发现，如果处理器不执行像

1

和

0

这样的值的实际乘法，第一个选项可能是双赢的解决方案（没有分支预测，性能更好）。

处理器执行

0

和

1

的定期乘法

原因是，如果处理器在每次计算之前检查

0

和

1

，引入该条件将需要更多的周期。虽然您将获得

0

和

1

乘法器的性能，但您将失去任何其他值（可能性更大）的性能

一个简单的程序可以证明这一点：

#include <iostream>
#include "cycle.h"
#include "time.h"

void Loop( float aCoefficient )
{
    float iSum = 0.0f;

    clock_t iStart, iEnd;

    iStart = clock();
    for ( int i = 0; i < 100000000; i++ )
    {
        iSum += aCoefficient * rand();
    }
    iEnd = clock();
    printf("Coefficient: %f: %li clock ticks\n", aCoefficient, iEnd - iStart );
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    Loop( 0.0f );
    Loop( 1.0f );
    Loop( 0.25f );

    return 0;
}

---

编译器很可能会对这些进行优化。我已经检查了是否进行了优化，它对

0

、

1

和任何其他数字的乘法器之间的相对性能没有影响（尽管在所有情况下，优化都会略微提高性能）。那么优化与处理器是否执行乘法有什么关系呢？@iamnotmaynard编译器无法对其进行优化，除非aOn是常数，但OP没有给出任何指示。您使用了什么优化级别，什么编译器，你有没有试过打印出结果的

iSum

——更重要的是，可能使用了比

rand（）

稍不密集的东西，它本身做了一系列相当复杂的数学运算，可能会隐藏结果（而且因为编译器必须调用

rand（）

，因为

rand（）

有副作用-它会修改内部状态），但无论如何，它都无法优化它。很好的一点。无论优化级别如何（从无到

-Os

），相对性能保持不变；编译器是LLVM C++；不使用

rand（）

打印

iSum

，以防止优化人员完全跳过循环；在不使用

rand（）

的情况下尝试变体，例如用

sin（i）

替换变体，仍然会对所有3个乘法器产生类似的结果。我认为有可能得到一种情况，即编译器将0.0或1.0预算为“不乘法”，但同时，只有在编译器可以将系数的值视为常量的情况下，才有可能。根据处理器的类型[以及运行期间值的可预测性-换句话说，它的变化频率]，使用

if

与普通乘法可能更好，也可能更好。。。继续…如果第二个线程正在修改aOn，从技术上讲，它应该受到保护，以便两个线程不能同时更新和读取。在实践中，除非需要精确检测

on

或

off

，并且处理器是x86（或选定的其他类型），否则不这样做是可以的。实际实现的细节涉及GUI线程（即用户）在另一个线程进行数据处理时更改

aOn

。循环实际上是一次又一次地执行数小时。在单循环迭代规模上，精确检测

开

或

关

并不重要（即，只在i+1时更新是可以的-毕竟触发更改的是高度不精确的GUI线程）。所以我不明白为什么需要读/更新锁。但是更改必须在循环内生效，而不是在每个循环中生效。

#include <iostream>
#include "cycle.h"
#include "time.h"

void Loop( float aCoefficient )
{
    float iSum = 0.0f;

    clock_t iStart, iEnd;

    iStart = clock();
    for ( int i = 0; i < 100000000; i++ )
    {
        iSum += aCoefficient * rand();
    }
    iEnd = clock();
    printf("Coefficient: %f: %li clock ticks\n", aCoefficient, iEnd - iStart );
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    Loop( 0.0f );
    Loop( 1.0f );
    Loop( 0.25f );

    return 0;
}

Coefficient: 0.000000: 1380620 clock ticks
Coefficient: 1.000000: 1375345 clock ticks
Coefficient: 0.250000: 1374483 clock ticks