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:
分流收益!
重要的是要理解分支错误控制不会减慢程序。 错误预测的成本就好像不存在分支预测,而你等待着对表达方式的评价来决定运行的代码(下段有进一步的解释 ) 。
if (expression)
{
// Run 1
} else {
// Run 2
}
每当有if-else \ switch语句中,必须评价表达式,以决定应执行哪个区块。在编译器生成的组装代码中,有条件分支分支分支插入说明。
分支指令可导致计算机开始执行不同的指令序列,从而偏离其按顺序执行指令的默认行为(即如果表达式为虚假,程序跳过代码)if(根据某些条件,即我们案件的表达方式评价)
尽管如此,汇编者试图在对结果进行实际评估之前预测结果。if如果表达式是真实的,那么就太好了!我们得到了评估它所需的时间,并在代码中取得了进展;如果不是,我们运行错误的代码,管道被冲洗,正确的模块被运行。
可视化:
假设你需要选择路线1或路线2, 等待你的伴侣检查地图, 你已经停留在 ##,等待, 或者你可以选择路线1, 如果你运气好(路线1是正确的路线), 那么伟大的你不必等待你的伴侣检查地图(你省下时间让他检查地图), 否则你就会转回去。
尽管冲水管道的速度超快,但如今赌博是值得的。 预测分类数据或缓慢变化的数据总是比预测快速变化容易,也好于预测快速变化。
O Route 1 /-------------------------------
/|\ /
| ---------##/
/ \ \
\
Route 2 \--------------------------------
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:
我用MATLAB 2011b 和我的MacBook Pro(Intel i7, 64位, 2.4 GHz) 尝试了以下MATLAB 代码的相同代码 :
% Processing time with Sorted data vs unsorted data
%==========================================================================
% Generate data
arraySize = 32768
sum = 0;
% Generate random integer data from range 0 to 255
data = randi(256, arraySize, 1);
%Sort the data
data1= sort(data); % data1= data when no sorting done
%Start a stopwatch timer to measure the execution time
tic;
for i=1:100000
for j=1:arraySize
if data1(j)>=128
sum=sum + data1(j);
end
end
end
toc;
ExeTimeWithSorting = toc - tic;
上述MATLAB代码的结果如下:
a: Elapsed time (without sorting) = 3479.880861 seconds.
b: Elapsed time (with sorting ) = 2377.873098 seconds.
校对:Soup
a: Elapsed time (without sorting) = 19.8761 sec.
b: Elapsed time (with sorting ) = 7.37778 sec.
基于这个,看来MATLAB几乎是175乘175次低于 C 执行的慢于 C 执行,没有排序和350乘350次换句话说,其效果(分支预测)是:1.46x执行和2.7x执行《公约》的《公约》。
其他答复的假设是,一个人需要对数据进行分类是不正确的。
以下代码不排序整个阵列,但只排序其中的200个元素部分,因此运行速度最快。
只对 K 元素部分进行排序,以线性时间完成预处理,O(n),而不是O(n.log(n))排序整个阵列需要时间 。
#include <algorithm>
#include <ctime>
#include <iostream>
int main() {
int data[32768]; const int l = sizeof data / sizeof data[0];
for (unsigned c = 0; c < l; ++c)
data[c] = std::rand() % 256;
// sort 200-element segments, not the whole array
for (unsigned c = 0; c + 200 <= l; c += 200)
std::sort(&data[c], &data[c + 200]);
clock_t start = clock();
long long sum = 0;
for (unsigned i = 0; i < 100000; ++i) {
for (unsigned c = 0; c < sizeof data / sizeof(int); ++c) {
if (data[c] >= 128)
sum += data[c];
}
}
std::cout << static_cast<double>(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC << std::endl;
std::cout << "sum = " << sum << std::endl;
}
这个“证明”也与任何算法问题无关, 比如排序顺序, 并且确实是分支预测。
分流收益!
重要的是要理解分支错误控制不会减慢程序。 错误预测的成本就好像不存在分支预测,而你等待着对表达方式的评价来决定运行的代码(下段有进一步的解释 ) 。
if (expression)
{
// Run 1
} else {
// Run 2
}
每当有if-else \ switch语句中,必须评价表达式,以决定应执行哪个区块。在编译器生成的组装代码中,有条件分支分支分支插入说明。
分支指令可导致计算机开始执行不同的指令序列,从而偏离其按顺序执行指令的默认行为(即如果表达式为虚假,程序跳过代码)if(根据某些条件,即我们案件的表达方式评价)
尽管如此,汇编者试图在对结果进行实际评估之前预测结果。if如果表达式是真实的,那么就太好了!我们得到了评估它所需的时间,并在代码中取得了进展;如果不是,我们运行错误的代码,管道被冲洗,正确的模块被运行。
可视化:
假设你需要选择路线1或路线2, 等待你的伴侣检查地图, 你已经停留在 ##,等待, 或者你可以选择路线1, 如果你运气好(路线1是正确的路线), 那么伟大的你不必等待你的伴侣检查地图(你省下时间让他检查地图), 否则你就会转回去。
尽管冲水管道的速度超快,但如今赌博是值得的。 预测分类数据或缓慢变化的数据总是比预测快速变化容易,也好于预测快速变化。
O Route 1 /-------------------------------
/|\ /
| ---------##/
/ \ \
\
Route 2 \--------------------------------
