performance - 为什么C++中 float 除法比整数除法快？

Question

考虑以下 C++ 代码片段:(Visual Studio 2015)

第一 block

const int size = 500000000;
int sum =0;
int *num1 = new int[size];//initialized between 1-250
int *num2 = new int[size];//initialized between 1-250
for (int i = 0; i < size; i++)
{
    sum +=(num1[i] / num2[i]);
}

第二 block

const int size = 500000000;
int sum =0;
float *num1 = new float [size]; //initialized between 1-250 
float *num2 = new float [size]; //initialized between 1-250
for (int i = 0; i < size; i++)
{
    sum +=(num1[i] / num2[i]);
}

我预计第一个 block 运行得更快，因为它是整数运算。但第二个 block 要快得多，尽管它是浮点运算。这是我的基准测试结果:分配:

Type    Time
uint8   879.5ms
uint16  885.284ms
int     982.195ms
float   654.654ms

浮点乘法比整数乘法更快。这是我的基准测试结果:

乘法:

Type    Time
uint8   166.339ms
uint16  524.045ms
int     432.041ms
float   402.109ms

我的系统规范:CPU core i7-7700，Ram 64GB，Visual studio 2015

Answer 1

由于floating point number representation中的指数部分， float 除法比整数除法更快。 。要将一个指数除以另一个指数，需要使用简单的减法。

int32_t 除法需要对 31 位数字进行快速除法，而 float 除法需要对 24 位尾数进行快速除法(尾数中的前导是隐含的，不存储) float )和更快的 8 位指数减法。

查看excellent detailed explanation how division is performed in CPU .

值得一提的是，SSE和AVX指令仅提供浮点除法，但不提供整数除法。 SSE 指令/内在函数可用于轻松地将 float 计算速度提高四倍。

如果你查看Agner Fog's instruction tables例如，对于 Skylake，32 位整数除法的延迟为 26 个 CPU 周期，而 SSE 标量浮点除法的延迟为 11 个 CPU 周期(令人惊讶的是，除以 4 个打包浮点需要相同的时间) .

另请注意，在 C 和 C++ 中，对于短于 int 的数字没有除法，因此 uint8_t 和 uint16_t 首先提升为int 然后发生 int 的除法。 uint8_t 除法看起来比 int 更快，因为它在转换为 int 时设置的位数更少，这使得除法更快地完成。