处理器行为解释

Question

在询问之后，我感到非常困惑，因此决定为 C 编译器程序构建类似的测试。这是我的代码：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>

#define SUMMATIONS 20000000

int main() {

    static int speedups[2101] = { 0 };

    srand((unsigned)time(NULL));

    while (1) {

        unsigned int t1, t2, t3, t4;
        signed int tmp, i, n1, n2;

        // Slow version
        t1 = clock();
        for (n1 = rand() % 50, i = 0; i < SUMMATIONS; i++) {
            n1 += 3 * i * i;
        }
        t2 = clock();

        // Optimized version
        t3 = clock();
        for (n2 = rand() % 50, i = 0; i < SUMMATIONS; i++) {
            n2 += i * i;
        }
        n2 *= 3;
        t4 = clock();

        // gather speedup statistics
        if ((int)(t2 - t1) != 0) {
            tmp = (int)(100.0f * ((float)(t2 - t1) - (float)(t4 - t3)) / (float)(t2 - t1));
            tmp = tmp < -100 ? -100 : tmp > 100 ? 100 : tmp;
            tmp = (tmp >= 0 ? 1000 : 2000) + abs(tmp);
            speedups[tmp]++;
        }

        // output statistics
        for (i = 0; i < 2101; i++) {
            if (speedups[i] != 0) {
                char s = i / 1000 == 1 ? '+' : i / 1000 == 2 ? '-' : '?';
                printf("%c%i : %i\n", s, i % 1000, speedups[i]);
            }
        }
        printf("error %i ******************\n", abs(n2-n1));

    }

    return 0;
}

在 GCC 下编译，选项 -O3 -march=native

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测试代码已更改，因此错误值只能在运行时（而不是在编译时）获知，因此 GCC 优化器无法删除 for 循环的代码。

结果

当运行 - 重新计算 CPU 的计数器命中特定的加速值并输出计数器 table。如果我们绘制 CPU 命中与加速值，- 我们将得到这样的图表：

所以 GCC 使程序产生了 ~ 20% 平均加速。

问题

我们是否应该期望在 CPU 中加速？（如GCC编译程序预测的那样）

Answer 1

Should we expect speedup in CPU ?

没有。选择使用高级语言，您就选择了放弃期望任何与性能相关的权利。

您可能假设（但不期望）第一个版本在循环内有一个额外的乘法（额外的 3*），因此可能会有与该乘法相关的额外成本。

您还可以假设（但不期望）编译器可能将两个版本优化为一个常量，并且可能生成 printf("error %i ******************\n", CONSTANT_CALCULATED_AT_COMPILE_TIME); 的等价物，而无需任何代码来计算 n1 或 n2 在运行-time.

请注意，这些随机假设是相互排斥的。

处理器行为解释

Processor behavior explanation

c

cpu

optimization

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结果

问题