c++ - 为什么这个 "optimization"会减慢我的程序？

Question

我正在编写一个图形引擎作为大学作业，最近试图优化我的部分代码，但优化似乎反而减慢了它的速度。

代码的这个特定部分处理 2D Lindenmayer 系统并将它们转换为“line2D”对象的列表，这些对象可以由程序的另一部分处理成图像。

这样做时，它使用 sin 和 cos 来计算下一个点的坐标，并且由于 sin 和 cos 是浮点运算，我认为这些操作会很耗时，尤其是在更复杂的 lindenmayer 系统中。所以我创建了一个对象类“cossinlist”，它从 .txt 文件中为 0 到 359 度之间的每个整数角度(转换为 rad)导入 cos 和 sin 的值到两个名为“coslist”和“sinlist”的 map ，角度为作为关键。这样，在处理包含小数部分的角度时，我只需要做实际的失败。

然后我决定在一个相对密集的系统上测量优化和不优化(通过注释掉)的执行时间:引擎在 33.4016 秒内生成图像，而没有它只用了 25.3686 秒。这是一个实质性的差异，但不是以预期的方式。我做了更多的测试，所有测试都给出了相似比例的差异，所以现在我想知道......是什么导致了这种差异？

函数:

img::EasyImage LSystem2D(const unsigned int size, const ini::DoubleTuple & backgroundcolor, LParser::LSystem2D & System, const ini::DoubleTuple & color)
{
    CosSinList cossinlist;
    std::string string;
    Lines2D Lines;
    double origin = 0;
    Point2D currentpos(origin, origin);
    Point2D newpos(origin, origin);
    std::stack<Point2D> savedpositions;
    double currentangle = System.get_starting_angle();
    std::stack<double> savedangles;
    const img::Color linecolor(color.at(0)*255,color.at(1)*255,color.at(2)*255);
    const img::Color BGcolor(backgroundcolor.at(0)*255,backgroundcolor.at(1)*255,backgroundcolor.at(2)*255);
    string = ReplaceLsystem(System, (System.get_initiator()), (System.get_nr_iterations()));
    bool optimizedangle = false;
    if(System.get_angle() == rint(System.get_angle()) && (System.get_starting_angle() == rint(System.get_starting_angle()))
    {
        optimizedangle = true;
    }
    for(char& c : string)
    {
        if(currentangle > 359){currentangle -= 360;}
        if(currentangle < -359){currentangle += 360;}
        if(System.get_alphabet().count(c) != 0)
        {
            /*if(optimizedangle == true)
            {
                if(currentangle >= 0)
                {
                    newpos.X = currentpos.X+(cossinlist.coslist[currentangle]);
                    newpos.Y = currentpos.Y+(cossinlist.sinlist[currentangle]);
                }
                else
                {
                    newpos.X = currentpos.X+(cossinlist.coslist[360+currentangle]);
                    newpos.Y = currentpos.Y+(cossinlist.sinlist[360+currentangle]);
                }
            }
            else
            {*/
                newpos.X = currentpos.X+cos(currentangle*PI/180);
                newpos.Y = currentpos.Y+sin(currentangle*PI/180);
            //}
            if(System.draw(c))
            {
                Lines.push_back(Line2D(currentpos,newpos,linecolor));
                currentpos = newpos;
            }
            else
            {
                currentpos = newpos;
            }

        }
        else if(c=='-')
        {
            currentangle -= System.get_angle();
        }
        else if(c=='+')
        {
            currentangle += System.get_angle();
        }
        else if(c=='[')
        {
            savedpositions.push(currentpos);
            savedangles.push(currentangle);
        }
        else if(c==']')
        {
            currentpos = savedpositions.top();
            savedpositions.pop();
            currentangle = savedangles.top();
            savedangles.pop();

        }
    }
    return Drawlines2D(Lines, size, BGcolor);
}

SinCosList 类:

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <map>
#include "CosSinList.h"
using namespace std;

CosSinList::CosSinList()
{
    string line;
    std::fstream cosstream("coslist.txt", std::ios_base::in);
    double a;
    double i = 0;
    while (cosstream >> a)
    {
        coslist[i] = a;
        i += 1;
    }
    std::fstream sinstream("sinlist.txt", std::ios_base::in);
    i = 0;
    while (sinstream >> a)
    {
        sinlist[i] = a;
        i += 1;
    }
};

CosSinList::~CosSinList(){};

“优化”以我在速度测试期间注释掉的相同方式被注释掉，只有对象的实际使用被注释掉(SinCosList 仍在初始化和检查是否可以使用的 bool 值也还在初始化中)

Answer 1

(我假设 coslist 和 sinlist 是普通数组或类似数组)

一些事情:

• 你真的应该打开优化

关闭优化后，您测量的是无关紧要的东西。未优化代码的性能与启用优化后的性能相关性很差。

• optimzedangle 应该是编译时常量。

如果优化器知道 optimizedangle 在该程序的整个运行过程中不会改变，则它可能能够简化代码。有了这个特定的代码片段，它可能可以弄清楚，但如果你不需要，你不应该依赖它，而且通常很容易不小心在你认为很明显的地方写了代码一个变量保持不变，但编译器比你更聪明，它意识到你已经打开了一个漏洞，可能允许变量发生变化，因此它必须编写更慢的循环来解决这个问题。

• 分支可能不好

内部循环中的分支——尤其是不可预测的分支——会降低性能。尝试编写你的循环，这样就没有任何分支；例如确保 currentangle 始终为正值，或者使查找表 720 条目较长，以便您始终可以只索引 360 + currentangle。

• float <--> 整数转换可能很慢

我倾向于避免这些，因此我从来不擅长预测什么时候它真的是一个问题，但这可能才是真正要了你的命。

• 您的表正在消耗缓存

您没有发布您的数据结构，但我想象大约 6k 字节。这是您的 L1 缓存的一个重要百分比。这是否是此循环中的重要影响对我来说并不明显。