Performance 晶体中的Int32与Float64性能

我运行了这个基准测试，我非常惊讶地看到，对于Int32或Float64操作，Crystal的性能几乎相同

$ crystal benchmarks/int_vs_float.cr --release
  int32 414.96M (  2.41ns) (±14.81%)  0.0B/op        fastest
float64 354.27M (  2.82ns) (±12.46%)  0.0B/op   1.17× slower

我的基准代码是否有一些奇怪的副作用

require "benchmark"

res = 0
res2 = 0.0

Benchmark.ips do |x|
  x.report("int32") do
    a = 128973 / 119236
    b = 119236 - 128973

    d = 117232 > 123462 ? 117232 * 123462 : 123462 / 117232

    res = a + b + d
  end

  x.report("float64") do
    a = 1.28973 / 1.19236
    b = 1.19236 - 1.28973

    d = 1.17232 > 1.23462 ? 1.17232 * 1.23462 : 1.23462 / 1.17232

    res = a + b + d
  end
end

puts res
puts res2

---

首先，Crystal中的

/

是浮点除法，因此这主要是比较浮点：

typeof(a) # => Float64
typeof(b) # => Int32
typeof(d) # => Float64 | Int32)

如果我们将基准修改为使用整数除法，

/

，我会得到：

  int32 631.35M (  1.58ns) (± 5.53%)  0.0B/op   1.23× slower
float64 773.57M (  1.29ns) (± 3.21%)  0.0B/op        fastest

在误差范围内，仍然没有真正的差异。为什么？让我们深入挖掘。首先，我们可以将示例提取到一个不可内联的函数中，并确保调用它，以便Crystal不会忽略它：

@[NoInline]
def calc
  a = 128973 // 119236
  b = 119236 - 128973
  d = 117232 > 123462 ? 117232 * 123462 : 123462 // 117232

  a + b + d
end
p calc

然后我们可以使用

crystal build--release--no debug--emit llvm ir

来构建它，以获得一个带有优化的llvm-ir的

.ll

文件。我们挖掘出我们的

calc

函数，看到如下内容：

define i32 @"*calc:Int32"() local_unnamed_addr #19 {
alloca:
  %0 = tail call i1 @llvm.expect.i1(i1 false, i1 false)
  br i1 %0, label %overflow, label %normal6

overflow:                                         ; preds = %alloca
  tail call void @__crystal_raise_overflow()
  unreachable

normal6:                                          ; preds = %alloca
  ret i32 -9735
}

我们的计算结果都到哪里去了？LLVM在编译时执行这些操作，因为它们都是常量！我们可以使用

Float64

示例重复该实验：

define double @"*calc:Float64"() local_unnamed_addr #11 {
alloca:
  ret double 0x40004CAA3B35919C
}

少了一点样板文件，因此速度稍微快了一点，但同样，都是预计算的

我将在这里结束练习。读者的进一步研究：

• 如果我们尝试在所有表达式中引入非常量项，会发生什么
• 在现代64位CPU上，32位整数运算应该比64位IEEE754浮点运算快还是慢

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问题必须是独立的，代码嵌入问题本身，而不是外部链接。我不能这样做，因为与实际问题相比，代码太多。“看起来你的帖子大部分是代码，请添加更多细节。”已修复。现在代码片段变小了，非常感谢您给出了这个清晰且非常有用的答案！我刚刚尝试了你的建议，int和float版本之间仍然没有区别。我看到calcint32方法几乎有50条指令长，而calcfloat64只有11条指令。我也看到了这篇文章，据我所知，浮点除法在某些硬件上可能比整数除法更快。