c++ - 从 {fmt} 中获得最佳性能

Question

我需要将 FILETIME 值信息格式化为宽字符串缓冲区，配置提供了格式字符串。

我实际上在做什么:

• Config 提供格式字符串:L"{YYYY}-{MM}-{DD} {hh}:{mm}:{ss}.{mmm}"

• 将 FILETIME 转换为系统时间:

    SYSTEMTIME stUTC;
    FileTimeToSystemTime(&fileTime, &stUTC);

• 格式化字符串

    fmt::format_to(std::back_inserter(buffer), strFormat,        
             fmt::arg(L"YYYY", stUTC.wYear),
             fmt::arg(L"MM", stUTC.wMonth),
             fmt::arg(L"DD", stUTC.wDay),
             fmt::arg(L"hh", stUTC.wHour),
             fmt::arg(L"mm", stUTC.wMinute),
             fmt::arg(L"ss", stUTC.wSecond),
             fmt::arg(L"mmm", stUTC.wMilliseconds));

我完全理解服务是有代价的:)但我的代码调用了这个语句数百万次并且明显存在性能损失(超过 6% 的 CPU 使用率)。

我可以为改进此代码做的“任何事情”都会受到欢迎。

我看到 {fmt} 有一个 time API support .不幸的是，它似乎无法格式化时间/日期的毫秒部分，它需要一些从 FILETIME 到 std::time_t 的转换工作......

我是否应该忘记“自定义”格式字符串并为 FILETIME(或 SYSTEMTIME)类型提供自定义格式化程序？这会导致显着的性能提升吗？

如果您能提供任何指导，我将不胜感激。

Answer 1

在评论中，我建议将您的自定义时间格式字符串解析为一个简单的状态机。它甚至不必是这样的状态机。它只是一系列线性指令。

目前，fmt 类需要做一些工作来解析格式类型，然后将整数转换为零填充字符串。尽管不太可能，但它有可能像我将要建议的那样进行了大量优化。

基本思想是有一个(大)查找表，当然可以在运行时生成，但为了快速说明的目的:

const wchar_t zeroPad4[10000][5] = { L"0000", L"0001", L"0002", ..., L"9999" };

如果需要，您可以拥有 1 位、2 位和 3 位查找表，或者如果您只是添加一个偏移量，则认识到这些值都包含在 4 位查找表中。

所以要输出一个数字，你只需要知道 SYSTEMTIME 中的偏移量是多少，值是什么类型，以及要应用什么字符串偏移量(0 表示 4 位，1 表示 3 - 数字等)。它使事情变得更简单，因为 SYSTEMTIME 中的所有结构元素都是相同的类型。并且您应该合理地假设没有任何值需要范围检查，但如果不确定您可以添加这一点。

你可以这样配置:

struct Output {
    int dataOffset;  // offset into SYSTEMTIME struct
    int count;       // extra adjustment after string lookup
};

文字字符串呢？好吧，您可以复制这些或者只是重新调整 Output 的用途以使用负数 dataOffset 表示格式字符串中的开始位置和 count 来保存如何在该模式下输出许多字符。如果您需要额外的输出模式，请使用 mode 成员扩展此结构。

无论如何，让我们以您的字符串 L"{YYYY}-{MM}-{DD} {hh}:{mm}:{ss}.{mmm}" 为例。解析后，您将得到:

Output outputs[] {
    { offsetof(SYSTEMTIME, wYear), 0 },         // "{YYYY}"
    { -6, 1 },                                  // "-"
    { offsetof(SYSTEMTIME, wMonth), 2 },        // "{MM}"
    { -11, 1 },                                 // "-"
    { offsetof(SYSTEMTIME, wDay), 2 },          // "{DD}"
    { -16, 1 },                                 // " "
    // etc...  you get the idea
    { offsetof(SYSTEMTIME, wMilliseconds), 1 }, // "{mmm}"
    { -1, 0 },                                  // terminate
};

不难看出，当您将 SYSTEMTIME 作为输入、指向原始格式字符串的指针、查找表和这个基本的指令数组时，您可以继续并非常快速地将结果输出到预先确定大小的缓冲区中。

我相信您可以想出有效执行这些指令的代码。

这种方法的主要缺点是查找表的大小可能会导致缓存问题。但是，大多数查找将发生在前 100 个元素中。您还可以将表压缩为普通的 char 值，然后在复制时注入(inject) wchar_t 零字节。

一如既往:实验、测量、玩得开心!