Performance 为什么删除边界检查时代码运行较慢？

我正在用Rust写一个线性代数库

我有一个函数来获取对给定行和列的矩阵单元格的引用。此函数以一对断言开始，即行和列在边界内：

#[inline(always)]
pub fn get(&self, row: usize, col: usize) -> &T {
    assert!(col < self.num_cols.as_nat());
    assert!(row < self.num_rows.as_nat());
    unsafe {
        self.get_unchecked(row, col)
    }
}

奇怪的是，当我使用这些方法实现矩阵乘法（通过行和列迭代器）时，我的基准测试表明，当我检查边界时，它实际上要快33%。为什么会这样

我在两台不同的计算机上试过，一台运行Linux，另一台运行OSX，两台都显示了效果

完整的代码是。相关文件为。有关职能包括：

• 在第68行获取

• 取消选中第81行的

• next

  第551行

• mul

  第796行
• 第1038行的矩阵（基准）

请注意，我使用类型级别的数字来参数化我的矩阵（通过虚拟标记的类型也可以选择动态大小），因此基准是将两个100x100矩阵相乘

更新：

我已经大大简化了代码，删除了在基准测试中没有直接使用的东西，并删除了通用参数。我还编写了一个不使用迭代器的乘法实现，该版本不会产生相同的效果。有关此版本的代码，请参阅。克隆

最小性能

分支并运行

货台

将对两种不同的乘法实现进行基准测试（注意，断言在该分支中首先被注释掉）

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另外值得注意的是，如果我更改

get*

函数以返回数据的副本而不是引用（

f64

而不是

&f64

），效果就会消失（但代码的速度会稍微慢一些）。

这不是一个完整的答案，因为我还没有测试我的声明，但这也许可以解释它。无论哪种方法，唯一确定的方法是生成LLVMIR和汇编程序输出。如果您需要LLVM IR的手册，可以在此处找到：

不管怎么说，这已经够了。假设您有以下代码：

#[inline(always)]
pub unsafe fn get_unchecked(&self, row: usize, col: usize) -> &T {
    self.data.get_unchecked(self.row_col_index(row, col))
}

这里的编译器将其更改为间接加载，这可能会在紧循环中进行优化。值得注意的是，每个加载都有可能出错：如果您的数据不可用，它将触发越界

在结合了边界检查和紧循环的情况下，LLVM做了一些小动作。由于负载处于紧循环（矩阵乘法）中，并且边界检查的结果取决于循环的边界，因此它将从循环中删除边界检查并将其放在循环周围。换句话说，循环本身将保持完全相同，但需要额外的边界检查

换句话说，代码是完全相同的，只是有一些细微的差别

那么，发生了什么变化？两件事：

如果我们有额外的边界检查，就不可能再出现越界负载。这可能会触发以前不可能的优化。不过，考虑到这些检查通常是如何实现的，这不是我的猜测

另一个要考虑的是，“不安全”这个词可能会触发一些行为，比如附加条件、PIN数据或禁用GC等。了解这些细节的唯一方法是查看LLVM IR

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老问题又来了：您是否使用编译器优化（使用

--release

标志）编译过对锈蚀一无所知：你的基准测试是否正常？缓存效果、差异、测试数据同步…@LukasKalbertodt是的，我使用

cargo bench

运行基准测试，它会随着发行版自动编译。也许编译器可以在检查边界时更积极地进行优化？对于类似的东西，最好在发行版模式下编译两个独立的二进制文件，并使用

objdump-D

来识别相关紧循环中使用的机器指令。

#[inline(always)]
pub unsafe fn get_unchecked(&self, row: usize, col: usize) -> &T {
    self.data.get_unchecked(self.row_col_index(row, col))
}