c++ - 基准测试 math.h 平方根和 Quake 平方根

Question

好吧，我想知道 math.h 平方根与其中包含神奇数字的那个(因 Quake 而出名，但由 SGI 制作)相比有多快。

但这对我来说是一个受伤的世界。

我首先在 Mac 上尝试了此操作，其中 math.h 每次都会轻松获胜，然后在 Windows 上进行了魔数(Magic Number)总是获胜的操作，但我认为这完全取决于我自己的笨拙。

1. 在 Mac 上使用“g++ -o sq_root sq_root_test.cpp”编译程序运行时大约需要 15 秒才能完成。但是在发布时在 VS2005 中编译需要一瞬间。 (事实上​​ ，我必须在调试中编译才能让它显示一些数字)

2. 我可怜的人的基准测试？这真的很愚蠢吗？因为我得到 math.h 的 0.01 和魔数(Magic Number)的 0。 (不可能那么快吧？)

我不知道这是否重要，但 Mac 是 Intel 而 PC 是 AMD。 Mac 是否使用 math.h sqroot 的硬件？

我从 http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_inverse_square_root 得到了快速平方根算法

//sq_root_test.cpp

#include <iostream>
#include <math.h>
#include <ctime>


float invSqrt(float x)
{
    union {
        float f;
        int i;
    } tmp;
    tmp.f = x;
    tmp.i = 0x5f3759df - (tmp.i >> 1);
    float y = tmp.f;
    return y * (1.5f - 0.5f * x * y * y);
}

int main() {
    std::clock_t start;// = std::clock();
    std::clock_t end;
    float rootMe;

    int iterations = 999999999;

    // ---

    rootMe = 2.0f;
    start = std::clock();

    std::cout << "Math.h SqRoot: ";

    for (int m = 0; m < iterations; m++) {
        (float)(1.0/sqrt(rootMe));
        rootMe++;
    }

    end = std::clock();

    std::cout << (difftime(end, start)) << std::endl;

    // ---

    std::cout << "Quake SqRoot: ";

    rootMe = 2.0f;
    start = std::clock();

    for (int q = 0; q < iterations; q++) {
        invSqrt(rootMe);
        rootMe++;
    }

    end = std::clock();

    std::cout << (difftime(end, start)) << std::endl;   
}

Answer 1

您的基准测试有几个问题。首先，您的基准测试包括从 int 到 float 的潜在昂贵转换。如果您想知道平方根的成本是多少，您应该对平方根进行基准测试，而不是数据类型转换。

其次，您的整个基准测试可以(并且是)由编译器优化，因为它没有明显的副作用。您不使用返回值(或将其存储在 volatile 内存位置)，因此编译器认为它可以跳过整个过程。

这里的一个线索是您必须禁用优化。这意味着您的基准测试代码已损坏。永远不要永远在基准测试时禁用优化。您想知道哪个版本运行速度最快，因此您应该在实际使用的条件下对其进行测试。如果您要在对性能敏感的代码中使用平方根，您将启用优化，因此它的行为没有优化是完全无关紧要的。

另外，您不是在衡量计算平方根的成本，而是计算逆平方根的成本。如果您想知道哪种计算平方根的方法最快，您必须将 1.0/... 部分向下移动到 Quake 版本。 (由于除法是一项非常昂贵的操作，这可能会对您的结果产生很大影响)

最后，可能值得指出的是，Carmack 的小技巧旨在在 12 年的旧计算机上运行得很快。修复基准测试后，您可能会发现它不再是优化，因为今天的 CPU 在计算“实”平方根时要快得多。