c++ - 在 C++ 中，将正数转换为 1 并将负数转换为 0 的最快方法

Question

我正在编写这段代码来制作烛台图表，如果当天的开盘价高于收盘价，我想要一个红色框。如果收盘价高于开盘价，我还希望方框为绿色。

if(open > close) {
    boxColor = red;
} else {
    boxColor = green;
}

为此，伪代码比英文句子更容易。

所以我先写了这段代码，然后尝试对其进行基准测试，但我不知道如何获得有意义的结果。

for(int i = 0; i < history.get().close.size(); i++) {
    auto open = history->open[i];
    auto close = history->close[i];
    int red = ((int)close - (int)open) >> ((int)sizeof(close) * 8);
    int green = ((int)open - (int)close) >> ((int)sizeof(close) * 8);
    gl::color(red,green,0);
    gl::drawSolidRect( Rectf(vec2(i - 1, open), vec2(i + 1, close)) );
}

这就是我尝试对其进行基准测试的方式。每次运行仅显示 2ns。我对社区的主要问题是:

我真的可以通过使用右移并避免条件分支来加快速度吗？

#include <benchmark/reporter.h>

static void BM_red_noWork(benchmark::State& state) {
    double open = (double)rand() / RAND_MAX;
    double close = (double)rand() / RAND_MAX;
    while (state.KeepRunning()) {
    }
}
BENCHMARK(BM_red_noWork);

static void BM_red_fast_work(benchmark::State& state) {
    double open = (double)rand() / RAND_MAX;
    double close = (double)rand() / RAND_MAX;
    while (state.KeepRunning()) {
        int red = ((int)open - (int)close) >> sizeof(int) - 1;
    }
}
BENCHMARK(BM_red_fast_work);

static void BM_red_slow_work(benchmark::State& state) {
    double open = (double)rand() / RAND_MAX;
    double close = (double)rand() / RAND_MAX;
    while (state.KeepRunning()) {
        int red = open > close ? 0 : 1;
    }
}
BENCHMARK(BM_red_slow_work);

谢谢!

Answer 1

正如我在评论中所述，编译器将为您进行这些优化。这是一个最小的可编译示例:

int main() {
  volatile int a = 42;
  if (a <= 0) {
    return 0;
  } else {
    return 1;
  }
}

volatile只是为了防止优化“知道” a 的值相反，它会强制读取它。

这是用命令 g++ -O3 -S test.cpp 编译的并生成一个名为 test.s 的文件

test.s 里面是编译器生成的程序集(请原谅 AT&T 语法):

movl    $42, -4(%rsp)
movl    -4(%rsp), %eax
testl   %eax, %eax
setg    %al
movzbl  %al, %eax
ret

如您所见，它是无分支的。它使用 testl如果数字是 <= 0 则设置标志然后使用 setg 读取该值, 将其移回正确的寄存器，然后最终返回。

请注意，这是根据您的代码改编的。一个更好的写法是:

int main() {
  volatile int a = 42;
  return a > 0;
}

它也生成相同的程序集。

这可能比您可以直接用 C++ 编写的任何可读性更好。例如你的代码(希望纠正位算术错误):

int main() {
  volatile int a = 42;
  return ~(a >> (sizeof(int) * CHAR_BIT - 1)) & 1;
}

编译为:

movl    $42, -4(%rsp)
movl    -4(%rsp), %eax
notl    %eax
shrl    $31, %eax
ret

这确实非常小。但它并没有明显更快。尤其是当您旁边有一个 GL 调用时。我宁愿多花 1-3 个周期来获得可读代码，也不愿挠头想知道我的同事(或 6 个月前的我，这基本上是同一件事)做了什么。

编辑:我应该指出，编译器还优化了我编写的位算法，因为我写得不如我能写的好。程序集实际上是:(~a) >> 31这相当于 ~(a >> 31) & 1我写的(至少在大多数使用无符号整数的实现中，详情请参阅评论)。