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关于 STL std::bitset
- 它的文档说函数 set/reset/test
做边界检查,operator[]
没有。我的计时实验表明,set/test
函数的执行速度通常比 operator[]
快 2-3%。我正在使用的代码是:
typedef unsigned long long U64;
const U64 MAX = 800000000ULL;
struct Bitmap1
{
void insert(U64 N) {this->s[N % MAX] = 1;}
bool find(U64 N) const {return this->s[N % MAX];}
private:
std::bitset<MAX> s; // <---- takes MAX/8 memory (in bytes)
};
struct Bitmap2
{
void insert(U64 N) {this->s.set(N % MAX);}
bool find(U64 N) const {return this->s.test(N % MAX);}
private:
std::bitset<MAX> s; // <---- takes MAX/8 memory (in bytes)
};
int main()
{
Bitmap2* s = new Bitmap2();
// --------------------------- storing
const size_t t0 = time(0);
for (unsigned k = 0; k < LOOPS; ++k)
{
for (U64 i = 0; i < MAX; ++i) s->insert(i);
}
cout << "storing: " << time(0) - t0 << endl;
// -------------------------------------- search
const size_t t1 = time(0);
U64 count = 0;
for (unsigned k = 0; k < LOOPS; ++k)
{
for (U64 i = 0; i < MAX; ++i) if (s->find(i)) ++count;
}
cout << "search: " << time(0) - t1 << endl;
cout << count << endl;
}
这个怎么解释?没有边界检查应该可以为我们节省一些周期,对吗?
Compiler: g++ 4.8.1 (options -g -O4)
VMware VM: Ubuntu 3.11.0-15
Host: MacBook Pro
最佳答案
当我从时序中删除 rand
、除法、输出和内存缓存时:
bool bracket_test() {
std::bitset<MAX> s;
for(int j=0; j<num_iterations; ++j) {
for(int i=0; i<MAX; ++i)
s[i] = !s[MAX-1-i];
}
return s[0];
}
bool set_test() {
std::bitset<MAX> s;
for(int j=0; j<num_iterations; ++j) {
for(int i=0; i<MAX; ++i)
s.set(i, !s.test(MAX-1-i));
}
return s.test(0);
}
bool no_test() {
bool s = false;
for(int j=0; j<num_iterations; ++j) {
for(int i=0; i<MAX; ++i)
s = !s;
}
return s;
}
我用 Clang 在 http://coliru.stacked-crooked.com/a/cdc832bfcc7e32be 得到了这些结果. (我做了 10000 次迭代,20 次,并测量了最短时间,这减少了计时错误。)
clang++ -std=c++11 -O0 -Wall -Wextra -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out
bracket_test took 178663845 ticks to find result 1
set_test took 117336632 ticks to find result 1
no_test took 9214297 ticks to find result 0
clang++ -std=c++11 -O1 -Wall -Wextra -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out
bracket_test took 798184780 ticks to find result 1
set_test took 565999680 ticks to find result 1
no_test took 41693575 ticks to find result 0
clang++ -std=c++11 -O2 -Wall -Wextra -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out
bracket_test took 81240369 ticks to find result 1
set_test took 72172912 ticks to find result 1
no_test took 41907685 ticks to find result 0
clang++ -std=c++11 -O3 -Wall -Wextra -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out
bracket_test took 77688054 ticks to find result 1
set_test took 72433185 ticks to find result 1
no_test took 41433010 ticks to find result 0
此测试的先前版本发现括号稍微快一些,但现在我提高了计时的准确性,看来我的计时误差幅度约为 3%。在 O1 时 Set
快 35-54%,在 O2 时快 13-49%,在 O3 时快 2-34%。除了查看程序集输出之外,这对我来说似乎是非常确定的。
所以这是通过 http://assembly.ynh.io/ 进行的汇编(在 GCC -O
) :
std::bitset<MAX> s
s[1000000] = true;
return s;
0000 4889F8 movq %rdi, %rax
0003 4889FA movq %rdi, %rdx
0006 488D8F00 leaq 100000000(%rdi), %rcx
E1F505
000d 48C70200 movq $0, (%rdx)
000000
0014 4883C208 addq $8, %rdx
0018 4839CA cmpq %rcx, %rdx
001b 75F0 jne .L2
001d 48838848 orq $1, 125000(%rax)
E8010001
0025 C3 ret
和
std::bitset<MAX> s;
s.set(1000000);
return s;
0026 4889F8 movq %rdi, %rax
0029 4889FA movq %rdi, %rdx
002c 488D8F00 leaq 100000000(%rdi), %rcx
E1F505
0033 48C70200 movq $0, (%rdx)
000000
003a 4883C208 addq $8, %rdx
003e 4839CA cmpq %rcx, %rdx
0041 75F0 jne .L6
0043 48838848 orq $1, 125000(%rax)
E8010001
004b C3 ret
我实在看不懂汇编,但是这些完全一致,所以分析这个案例很容易。如果编译器知道它们都在范围内,它会优化范围检查。当我用可变索引替换固定索引时,Set
添加了 5 个操作来检查边界情况。
至于 Set
有时更快的原因,operator[]
必须为 Set
的引用代理做大量工作> 不必做。 Set
有时较慢的原因是代理被简单地内联,在这种情况下,唯一的区别是 Set
必须进行边界检查。另一方面,如果编译器无法证明索引始终在范围内,Set
只需进行边界检查。所以这在很大程度上取决于周围的代码。您的结果可能会有所不同。
http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/bitset/set说:
Sets the bit at position pos to the value value.
Throws std::out_of_range if pos does not correspond to a valid position within the bitset.
http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/bitset/operator_at说:
Accesses the bit at position pos. Returns an object of type std::bitset::reference that allows modification of the value.
Unlike test(), does not throw exceptions: the behavior is undefined if pos is out of bounds.
和http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/bitset/reference说:
The std::bitset class includes std::bitset::reference as a publicly-accessible nested class. This class is used as a proxy object to allow users to interact with individual bits of a bitset, since standard C++ types (like references and pointers) are not built with enough precision to specify individual bits. The primary use of std::bitset::reference is to provide an l-value that can be returned from operator[]. Any reads or writes to a bitset that happen via a std::bitset::reference potentially read or write to the entire underlying bitset.
应该清楚的是,operator[]
实际上比直观的要多得多。
关于c++ - `std::bitset` 有和没有边界检查,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/21489509/
#include using namespace std; class C{ private: int value; public: C(){ value = 0;
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