c++ - 同时将所有结构元素与标量相乘

Question

我有一个表示 vector 的结构。该 vector 由两个单字节整数组成。我用它们来保持 0 到 255 之间的值。

typedef uint8_T unsigned char;

struct Vector
{
  uint8_T x;
  uint8_T y;
};

现在，我程序中的主要用例是将 vector 的两个元素与一个 32 位浮点值相乘:

typedef real32_T float;

Vector Vector::operator * ( const real32_T f ) const {
  return Vector( (uint8_T)(x * f), (uint8_T)(y * f) );
};

这需要经常执行。有没有办法可以同时执行这两个乘法？也许通过矢量化、SSE 或类似方法？或者 Visual Studio 编译器是否已同时执行此操作？

另一个用例是在两个 vector 之间进行插值。

Vector Vector::interpolate(const Vector& rhs, real32_T z) const
{
  return Vector(
        (uint8_T)(x + z * (rhs.x - x)),
        (uint8_T)(y + z * (rhs.y - y))
        );
}

这已经使用了优化的插值方法(https://stackoverflow.com/a/4353537/871495)。

但是 vector 的值再次乘以相同的标量值。是否有可能提高这些操作的性能？

谢谢

(我正在使用带有 64 位编译器的 Visual Studio 2010)

Answer 1

根据我的经验，Visual Studio(尤其是像 VS2010 这样的旧版本)本身不会做很多矢量化。他们在较新的版本中对其进行了改进，因此如果可以的话，您可能会看到编译器的更改是否可以加速您的代码。

根据使用这些函数的代码和编译器所做的优化，减慢程序速度的甚至可能不是计算。函数调用和缓存未命中可能会造成更多伤害。

您可以尝试以下方法:

• 如果尚未完成，请在头文件中定义函数，以便编译器可以内联它们
• 如果您在紧密循环中使用这些函数，请尝试在不调用任何函数的情况下“手动”进行计算(暂时公开变量)并查看它是否会产生速度差异)
• 如果您有很多 vector ，请查看它们在内存中的布局方式。连续存储它们以最大限度地减少缓存未命中。
• 要使 SSE 真正发挥作用，您必须同时处理 4 个值 - 因此将 2 个 vector 乘以 2 个 float 。在一个循环中，使用步长 2 并编写一个静态函数，使用 SSE 指令一次计算 2 个 vector 。因为您的 vector 未对齐(并且几乎不会与 8 位变量对齐)，代码甚至可能比您现在的代码运行得更慢，但值得一试。
• 如果适用并且您不依赖于从 float 到 uint8_t 的强制转换(例如，如果您的 float 在范围 [0,1 ]), 尝试在任何地方使用float。这可能会让编译器做更好的优化。