由于 if 语句导致 C++ 大量性能损失

Question

我在 4 个线程中运行 while 循环，在循环中我正在评估函数并递增计数器。

while(1) {
    int fitness = EnergyFunction::evaluate(sequence);

    mutex.lock();
    counter++;
    mutex.unlock();
}

当我运行这个循环时，正如我在 4 个运行线程中所说的那样，我每秒得到大约 20 000 000 次评估。

while(1) {
    if (dist(mt) == 0) {
        sequence[distDim(mt)] = -1;
    } else {
        sequence[distDim(mt)] = 1;
    }
    int fitness = EnergyFunction::evaluate(sequence);

    mainMTX.lock();
    overallGeneration++;
    mainMTX.unlock();
}

如果我为序列添加一些随机突变，我每秒会得到大约 13 000 000 次评估。

while(1) {
    if (dist(mt) == 0) {
        sequence[distDim(mt)] = -1;
    } else {
        sequence[distDim(mt)] = 1;
    }
    int fitness = EnergyFunction::evaluate(sequence);

    mainMTX.lock();
    if(fitness < overallFitness)
        overallFitness = fitness;

    overallGeneration++;
    mainMTX.unlock();
}

但是当我添加简单的 if 语句来检查时，如果新的适应度小于旧的适应度，如果是这样，那么用新的适应度替换旧的适应度。

但是性能损失是巨大的!现在我每秒得到约 20 000 次评估。如果我删除随机突变部分，我还会每秒获得约 20 000 次评估。

变量的overallFitness被声明为

extern int overallFitness; 

我很难弄清楚造成如此大的性能损失的问题是什么。比较两个 int 是否需要这样的时间操作？

我也不认为这与互斥锁有关。

更新

这种性能损失不是因为分支预测，而是编译器只是忽略了这个调用 int fitness = EnergyFunction::evaluate(sequence); .

现在我添加了 volatile并且编译器不再忽略该调用。

也感谢您指出分支预测错误和atomic<int> ，不知道他们!

因为 atomic 我也去掉了 mutex 部分，所以最终的代码是这样的:

while(1) {
    sequence[distDim(mt)] = lookup_Table[dist(mt)];
    fitness = EnergyFunction::evaluate(sequence);
    if(fitness < overallFitness)
       overallFitness = fitness;
    ++overallGeneration;
}

现在我每秒获得约 25 000 次评估。

Answer 1

您需要运行探查器才能了解这一点。在 Linux 上，使用 perf。

我的猜测是 EnergyFunction::evaluate() 正在被完全优化掉，因为在第一个示例中，您没有使用结果。所以编译器可以丢弃整个事情。您可以尝试将返回值写入 volatile 变量，这将强制编译器或链接器不优化调用。 1000 倍的加速绝对不是简单的比较。