c - 测试双数是否为整数的最快方法是什么(在现代英特尔 X86 处理器中)

Question

我们的服务器应用程序在热代码路径中做了很多整数测试，目前我们使用以下函数:

inline int IsInteger(double n)
{
    return n-floor(n) < 1e-8
}

这个函数在我们的工作量中非常热，所以我希望它尽可能快。如果可以的话，我也想消除“地板”库调用。有什么建议吗？

Answer 1

这里有几个答案:

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int IsInteger1(double n)
{
  union
  {
        uint64_t i;
        double d;
  } u;
  u.d = n;

  int exponent = ((u.i >> 52) & 0x7FF) - 1023;
  uint64_t mantissa = (u.i & 0x000FFFFFFFFFFFFFllu);

  return n == 0.0 ||
        exponent >= 52 ||
        (exponent >= 0 && (mantissa << (12 + exponent)) == 0);
}

int IsInteger2(double n)
{
  return n - (double)(int)n == 0.0;
}

int IsInteger3(double n)
{
  return n - floor(n) == 0.0;
}

还有一个测试工具:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

int IsInteger1(double);
int IsInteger2(double);
int IsInteger3(double);

#define TIMEIT(expr, N) \
  gettimeofday(&start, NULL); \
  for(i = 0; i < N; i++) \
  { \
    expr; \
  } \
  gettimeofday(&end, NULL); \
  printf("%s: %f\n", #expr, (end.tv_sec - start.tv_sec) + 0.000001 * (end.tv_usec - start.tv_usec))

int main(int argc, char **argv)
{
  const int N = 100000000;
  struct timeval start, end;
  int i;

  double d = strtod(argv[1], NULL);
  printf("d=%lf %d %d %d\n", d, IsInteger(d), IsInteger2(d), IsInteger3(d));

  TIMEIT((void)0, N);
  TIMEIT(IsInteger1(d), N);
  TIMEIT(IsInteger2(d), N);
  TIMEIT(IsInteger3(d), N);

  return 0;
}

编译为:

gcc isinteger.c -O3 -c -o isinteger.o
gcc main.c isinteger.o -o isinteger

我在 Intel Core Duo 上的结果:

$ ./isinteger 12345
d=12345.000000 1 1 1
(void)0: 0.357215
IsInteger1(d): 2.017716
IsInteger2(d): 1.158590
IsInteger3(d): 2.746216

结论:位旋转并不像我猜想的那么快。额外的分支可能是杀死它的原因，即使它避免了浮点运算。如今，FPU 已经足够快了，执行 double 到 int 转换或 floor 真的没那么慢。