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c++ - 如何缩短巨大 bool 表达式的编译时间？

coder 2024-02-06 原文

我需要对 vector 执行相当复杂的检查，而且我必须重复它成千上万次。为了提高效率，我将给定的公式翻译成 C++ 源代码，并将其编译为高度优化的二进制文件，我在代码中调用它。公式始终是纯 bool 值:只有 &&、||和 !用过的。典型的源代码如下所示:

#include <assert.h>
#include <vector>

using DataType = std::vector<bool>;

static const char T = 1;
static const char F = 0;
const std::size_t maxidx = 300;

extern "C" bool check (const DataType& l);

bool check (const DataType& l) {
  assert (l.size() == maxidx);
  return (l[0] && l[1] && l[2]) || (l[3] && l[4] && l[5]); //etc, very large line with && and || everywhere
}

我编译如下:

g++  -std=c++11 -Ofast -march=native -fpic -c check.cpp

生成的二进制文件的性能至关重要。

它在最近使用大量变量(300，如上所示)的测试用例中完美运行。对于这个测试用例，g++ 消耗了超过 100 GB 的内存并永远卡住。

我的问题非常简单:如何为编译器简化代码？我应该使用一些额外的变量，去掉 vector 还是其他东西？

EDIT1:好的，这是 top 实用程序的屏幕截图。

cc1plus 忙于我的代码。 check 函数依赖于 584 个变量(抱歉上面示例中的数字不精确)，它包含 450'000 个表达式。

我同意@akakatak 在下面的评论。似乎 g++ 执行了 O(N^2) 的操作。

最佳答案

这里明显的优化是抛出 vector 并使用基于尽可能快的整数类型的位域:

uint_fast8_t item [n];

你可以这样写

#define ITEM_BYTES(items) ((items) / sizeof(uint_fast8_t))
#define ITEM_SIZE(items) ( ITEM_BYTES(items) / CHAR_BIT + (ITEM_BYTES(items)%CHAR_BIT!=0) )
...
uint_fast8_t item [ITEM_SIZE(n)];

现在你有一 block 包含 n 段的内存，其中每个段都是你的 CPU 的理想大小。在每个这样的段中，使用按位运算符将位设置为 1=true 或 0=false。

根据您想要优化的方式，您可以用不同的方式对这些位进行分组。我建议在每个段中存储 3 位数据，因为您总是希望检查 3 个相邻的 bool 值。这意味着上面示例中的“n”将是 bool 值的总数除以 3。

然后您可以像这样简单地遍历数组:

bool items_ok ()
{
  for(size_t i=0; i<n; i++)
  {
    if( (item[i] & 0x7u) == 0x7u )
    {
      return true;
    }
  }
  return false;
}

用上面的方法优化:

  • 进行比较的数据大小，以及可能出现的对齐问题。
  • 总体内存使用情况。
  • 比较所需的分支数。

这也排除了由通常的 C++ 元编程引起的任何无效风险。我永远不会信任 std::vector、std::array 或 std::bitfield 来生成最佳代码。

完成上述工作后，您始终可以测试 std::bitfield 等容器是否产生完全相同、有效的机器代码。如果您发现它们在您的机器代码中产生了任何形式的不相关的疯狂，那么请不要使用它们。

关于c++ - 如何缩短巨大 bool 表达式的编译时间？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/37566067/

amp43codesectionc++optimizationcompilation

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