为什么这 "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，但是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 系统并将它们变成 "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。

在这样做时，它使用 sin 和 cos 来计算下一个点的坐标，并且因为 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 class "cossinlist" ，它从 .txt 文件中为 0 到 359 度之间的每个整数角（转换为 rad）导入 cos 和 sin 的值到两个名为 "coslist" 和 "sinlist" 以角度为键。这样我只需要在处理包含小数部分的角度时做实际的失败。

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，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 class:

#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(){};

"optimization" 被注释掉的方式与我在速度测试期间注释掉的方式相同，只有对象的实际使用被注释掉（SinCosList 仍在初始化，布尔值检查是否可以用还在初始化中)

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，您正在衡量无关紧要的东西。未优化代码的性能与打开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期间没有改变，则它可能能够简化代码。使用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 不小心在你的地方编写代码认为变量保持不变是显而易见的，但编译器比你更聪明，并且意识到你已经打开了一个可能允许变量发生变化的漏洞，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 unpredictable 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 始终为正数，或者使查找 table 720 条目变长，以便您始终可以只索引 360 + currentangle.

浮点数 <--> 整数转换可能很慢

我倾向于避免这些，因此我从来都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table正在消耗缓存

您没有 post 您的数据结构，但我想大约有 6k 字节。这是您的 L1 缓存的一个重要百分比。我不清楚这是否是此循环中的重要影响。

为什么这 "optimization" 会减慢我的程序？

Why does this "optimization" slow down my program?

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