ruby - ruby 中的快速/快速整数乘法？

Question

我正尝试在 Ruby 中快速/高效地实现 Mandelbrot。很久很久以前，一种加快速度的方法是使用定点整数而不是 float 。

所以我做了以下基准测试，使用乘法或平方 ** 操作数将 float 和整数提升到平方数进行比较。

require 'benchmark'

Benchmark.bmbm(10) do |x|  
  x.report("float-multip") do
    for z in 0..100000 
      zf = z.to_f
      y = zf*zf
    end
  end  

  x.report("float-square") do
    for z in 0..100000 
      zf = z.to_f
      y = zf**2
    end
  end  

  x.report("int-multip") do
    zo = 0
    for zi in 0..100000 
      y2 = zo*zo
      zo += 1
    end
  end   

  x.report("int-multip") do
    for zi in 0..100000 
      y2 = zi**2
    end
  end  
end

这会生成以下输出:

Rehearsal ------------------------------------------------
float-multip   0.125000   0.000000   0.125000 (  0.125000)
float-square   0.125000   0.000000   0.125000 (  0.125000)
int-multip     0.250000   0.000000   0.250000 (  0.250000)
int-multip     0.282000   0.000000   0.282000 (  0.282000)
--------------------------------------- total: 0.782000sec

                   user     system      total        real
float-multip   0.110000   0.000000   0.110000 (  0.110000)
float-square   0.125000   0.000000   0.125000 (  0.125000)
int-multip     0.219000   0.016000   0.235000 (  0.235000)
int-multip     0.265000   0.015000   0.280000 (  0.282000)

这清楚地表明 Fixnum 乘法几乎是 float 的两倍。

我有两个问题:

• 谁能解释一下？我可以想象的一个原因是 Fixnum 乘法比较慢，因为内部检查它是否需要转换为 Bignum。
• 其次，是否有 ruby​​ 的快速整数乘法？

Answer 1

我想到了一些事情。您没有指定正在使用的 Ruby 实现。由于您在 Windows 上运行 Ruby 1.8.6，我假设您使用的是通过 Windows 一键安装程序安装的 MRI。

这是一种最坏的情况:

1. MRI 是所有 Ruby 实现中最慢的
2. Windows 上的 MRI 甚至比 Linux 或 OSX 上的 MRI 慢
3. 一键安装程序使用来自 Ruby-Lang.Org 的预编译二进制文件，这些二进制文件是使用 1996 年的 Microsoft Visual C++ 6.0 编译的，因此比使用 Windows 编译的 MRI 甚至慢 Microsoft Visual C++ 10.0 或 GCC 4.x 甚至 GCC 3.x。

这里有一些您可以尝试提高性能的提示:

• 使用RubyInstaller项目，它使用用 GCC 3.x 而不是 MSVC6 编译的解释器，
• 也许自己重新编译解释器(使用 RubyInstaller 项目提供的 Rakefile 并不难)，使用 GCC 4.x 和/或不同的优化选项(RubyInstaller 使用适度的优化选项编译，适用于通用 386 CPU)，
• 使用比 1.8.6 更新的 MRI 版本，

• 使用不同的 Ruby 实现:

  • YARV 比 MRI 快得多(不幸的是，它只实现了 Ruby 1.9，因此您可能需要更改代码)，
  • JRuby在很多场景下明显比 YARV 快，并且它同时实现了 Ruby 1.8 和 Ruby 1.9(它还有一个 -fast 命令行选项，它与 Ruby 稍微不兼容，但是提高了性能，包括算法性能)和
  • IronRuby也可能比 YARV 更快，具体取决于工作量。

在后两种情况下，您可能需要稍微修改一下基准。两者最终都可以将 Ruby 代码编译为 native 机器代码，但这可能需要一段时间。例如，JRuby 在方法执行 20 次后编译为 JVM 字节码，HotSpot Server 在执行 20000 次后将 JVM 字节码编译为 native 机器码。此外，编译本身需要时间，因此程序需要运行一段时间才能通过提高性能来收回成本。

JRuby 的主要开发人员之一查尔斯·奥利弗·纳特 (Charles Oliver Nutter) 特别指出，根据工作负载，JRuby 可能需要 5-15 秒才能达到全速。您的基准测试速度大约快了 100 倍(这是您每天都不会听到的一句话......)。