为什么处理一个分类阵列的速度要快于处理一个未排序阵列的速度?

这是C++代码的一块显示一些非常特殊的行为

出于某种原因,对数据进行分类(之前奇迹般地使主环速度快近六倍:

#include <algorithm>
#include <ctime>
#include <iostream>

int main()
{
    // Generate data
    const unsigned arraySize = 32768;
    int data[arraySize];

    for (unsigned c = 0; c < arraySize; ++c)
        data[c] = std::rand() % 256;

    // !!! With this, the next loop runs faster.
    std::sort(data, data + arraySize);

    // Test
    clock_t start = clock();
    long long sum = 0;
    for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        for (unsigned c = 0; c < arraySize; ++c)
        {   // Primary loop.
            if (data[c] >= 128)
                sum += data[c];
        }
    }

    double elapsedTime = static_cast<double>(clock()-start) / CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << elapsedTime << '\n';
    std::cout << "sum = " << sum << '\n';
}

不无std::sort(data, data + arraySize);代码在11.54秒内运行
根据分类数据代码在1.93秒内运行

(分类本身需要的时间比这个通过数组的时间要长, 所以如果我们需要计算未知数组, 它实际上不值得做。)

起初,我以为这只是一种语言或编译器异常, 所以我尝试了爪哇:

import java.util.Arrays;
import java.util.Random;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // Generate data
        int arraySize = 32768;
        int data[] = new int[arraySize];

        Random rnd = new Random(0);
        for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
            data[c] = rnd.nextInt() % 256;

        // !!! With this, the next loop runs faster
        Arrays.sort(data);

        // Test
        long start = System.nanoTime();
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < 100000; ++i)
        {
            for (int c = 0; c < arraySize; ++c)
            {   // Primary loop.
                if (data[c] >= 128)
                    sum += data[c];
            }
        }

        System.out.println((System.nanoTime() - start) / 1000000000.0);
        System.out.println("sum = " + sum);
    }
}

其结果类似,但不太极端。

我第一种想法是分类能把数据带进缓存缓存,但那是愚蠢的因为阵列是刚刚产生的。

这是怎么回事?
为什么处理一个分类阵列的速度要快于处理一个未排序阵列的速度?

守则正在总结一些独立的术语,因此命令不应重要。

相关/后续行动不同/以后的编译者和选项的相同效果:

当前回答

这个问题的根源在于分支预测模型我建议读读这篇论文:

通过多分支预测和一个分支处理缓存,提高通过多分支预测和分支处理获取指令的比率(除了Haswell和后来的Haswell之外)在其循环缓冲中有效释放小圆环。现代的CPU可以预测多个未获取的分支,以便利用其在大毗连区块中的提取。 )

当您对元素进行分类时,分支预测很容易预测正确,除非在边界正确,允许指示有效通过CPU管道,而不必倒转和正确选择错误预测路径。

2019-10-23 21:35:40

其他回答

在分类的情况下,你可以做的比依靠成功的分支预测或任何无分支比较的把戏:完全删除分支。

事实上,阵阵列被分割在一个毗连区内,data < 128以data >= 128。因此,您应该用 a 来找到分区点脑细胞细胞研究(使用Lg(arraySize) = 15比较),然后从该点做一个直线积累。

类似的东西( 未检查 )

int i= 0, j, k= arraySize;
while (i < k)
{
  j= (i + k) >> 1;
  if (data[j] >= 128)
    k= j;
  else
    i= j;
}
sum= 0;
for (; i < arraySize; i++)
  sum+= data[i];

或, 略微糊涂

int i, k, j= (i + k) >> 1;
for (i= 0, k= arraySize; i < k; (data[j] >= 128 ? k : i)= j)
  j= (i + k) >> 1;
for (sum= 0; i < arraySize; i++)
  sum+= data[i];

一种既快又快的方法,约近分类或未排序的解决方案为 :sum= 3137536;(假设分布真正统一,预计价值为191.5的16384个样本):-)

2013-07-24 07:57:39

在同一行中(我认为没有任何答案强调这一点),最好提到有时(特别是在软件中,在软件中,性能很重要——如Linux内核),如果声明如下,你可以找到一些:

if (likely( everything_is_ok ))
{
    /* Do something */
}

或类似:

if (unlikely(very_improbable_condition))
{
    /* Do something */    
}

两者likely()和unlikely()事实上,它们是通过使用诸如海合会(海合会)等东西来界定的宏观。__builtin_expect帮助编译者插入预测代码以有利于条件, 同时考虑到用户提供的信息。海合会支持其他能改变运行程序行为或发布低级别指令的内建元素, 如清除缓存等。文献文件穿过海合会现有的建筑

通常这种优化主要在硬实时应用程序或内嵌系统中找到,在这些系统中,执行时间很重要且至关重要。例如,如果您正在检查某些错误条件,而错误条件只发生1/10000 000次,那么为什么不通知编译者?这样,默认情况下,分支预测会假设该条件是假的。

2015-09-23 14:57:47

是关于分支预测的是什么?

分支预测器是古老的改进性能的技术之一,在现代建筑中仍然具有相关性。虽然简单的预测技术能提供快速搜索和电力效率,但它们的误判率很高。
另一方面,复杂的分支预测 — — 无论是基于神经的预测还是两级分支预测的变异 — — 提供了更好的预测准确性,但是它们消耗更多的能量和复杂性会成倍增加。
此外,在复杂的预测技术中,预测分支所需的时间本身非常高 — — 从2到5个周期不等 — — 这与实际分支的执行时间相当。
部门预测基本上是一个优化(最小化)问题,重点是实现尽可能低的误差率、低电耗和最低资源复杂性低。

确实有三种不同的分支:

附加条件的分支- 根据运行时间条件,PC(程序表计数器)被修改为指示流中前方的地址。

后向附加条件分支- PC被修改为指令流的后向点。分支基于某种条件,例如当循环结束时的测试显示循环应该再次执行时,分支会向后到程序循环开始处。

无条件分支- 包括跳跃、程序呼叫和没有特定条件的返回。例如, 无条件跳跃指令可能以组合语言编码为简单的“ jmp ” , 且指令流必须直接指向跳跃指令指向的目标位置, 而有条件跳跃, 代号为“ jmpne ” , 只有在对先前“ 比较” 指令中两个数值进行比较的结果显示数值不相等时, 才会改变教学流的方向。 (x86 结构使用的分段处理方案增加了额外的复杂度, 因为跳跃可以是“ 接近” (在段内) , 也可以是“ 远” (在段外) 。每种类型都对分支预测算法有不同的影响。

静态/动力支部:微处理器在第一次遇到有条件的分支时使用静态分支预测,而动态分支预测用于随后执行有条件的分支代码。

参考文献:

2017-10-03 09:47:54

这是肯定的!

分处预测逻辑会放慢速度, 因为代码中的转换会发生! 就像你走一条直街或一条路, 转得很多,

如果对数组进行了排序,您的状态在第一步是虚假的:data[c] >= 128,然后成为通向街道尽头的整个路程的真正价值。这就是你如何更快地达到逻辑的终点。另一方面,使用一个未分类的阵列,你需要大量转动和处理,这可以保证你的代码运行速度较慢...

看看我在下面为你们创造的图象,哪条街会更快完工?

因此,从方案上说,子分支预测导致进程变慢...

最后,很高兴知道我们有两种分支预测每个分支将对你的代码产生不同的影响:

1. 静态

2. 动态

微处理器在第一次遇到有条件的分支时使用静态分支预测,在随后执行有条件的分支代码时使用动态分支预测。

为了有效地编写你的代码,以便利用这些规则,在撰写时if-ele 单位或开关循环不一定需要固定分支预测的任何特殊代码顺序,因为通常只使用循环迭代器的条件。

2017-06-18 11:40:43

正如其他人已经提到的,神秘背后的背后是什么?处预测员.

我不是要补充一些东西,而是要用另一种方式解释这个概念。维基文字有一个简明的介绍,里面有文字和图表。我确实喜欢下面的解释,下面用一个图表来用直觉来描述处的预言。

在计算机结构中,分支预测器是一种数字电路,它试图猜到分支(如如果是当时的else结构)将走哪条路,然后才能确定这一点。分支预测器的目的是改善教学管道的流量。分支预测器在很多现代管道式微处理器结构(如x86)实现高效运行方面发挥着关键作用。

双向分机通常是用有条件跳跃指令执行的。有条件跳跃要么可以“ 不采取” , 继续使用在有条件跳跃后立即出现的代码第一分支, 要么可以在存储代码第二分支的方案记忆中“ 采取” 并跳到不同位置。无法确定在计算条件和有条件跳跃通过指令管道的执行阶段之前是否采取有条件跳跃(见图1)。