为什么除法比C ++中的移位慢？

Question

我编写了两段代码，一段将随机数除以二，另一段将同一随机数右移一次。 据我了解，这应该产生相同的结果。 但是，当我同时处理这两段代码时，我始终会得到数据，说明移位速度更快。 这是为什么？

移位代码：

double iterations = atoi(argv[1]) * 1000;
int result = 0;
cout << "Doing " << iterations << " iterations." << endl;
srand(31459);
for(int i=0;i<iterations;i++){
    if(i % 2 == 0){
        result = result + (rand()>>1);
    }else{
        result = result - (rand()>>1);
    }
}

划分代码：

double iterations = atoi(argv[1]) * 1000;
int result = 0;
cout << "Doing " << iterations << " iterations." << endl;
srand(31459);
for(int i=0;i<iterations;i++){
    if(i % 2 == 0){
        result = result + (rand() / 2);
    }else{
        result = result - (rand() / 2);
    }
}

时间和结果：

$ time ./divide 1000000; time ./shift 1000000
Doing 1e+09 iterations.

real    0m12.291s
user    0m12.260s
sys     0m0.021s
Doing 1e+09 iterations.

real    0m12.091s
user    0m12.056s
sys     0m0.019s

$ time ./shift 1000000; time ./divide 1000000
Doing 1e+09 iterations.

real    0m12.083s
user    0m12.028s
sys     0m0.035s
Doing 1e+09 iterations.

real    0m12.198s
user    0m12.158s
sys     0m0.028s

附加信息：

• 编译时我没有使用任何优化
• 我在Fedora 20的虚拟安装内核上运行此代码：3.12.10-300.fc20.x86_64

Answer 1

不是; 在您正在运行的架构上速度较慢。 它几乎总是比较慢，因为移位后的硬件微不足道，而除法则是一场噩梦。 在基础10中，对您来说更简单的是78358582354 >> 3或78358582354/85？ 不管输入如何，指令通常花费相同的时间执行，在您这种情况下，将/2转换为>>1是编译器的工作。 CPU只是按照提示执行。

Answer 2

它实际上并不慢。 我已经使用nonius运行您的基准测试， 如下所示：

#define NONIUS_RUNNER
#include "Nonius.h++"

#include <type_traits>
#include <random>
#include <vector>

NONIUS_BENCHMARK("Divide", [](nonius::chronometer meter)
{
    std::random_device rd;
    std::uniform_int_distribution<int> dist(0, 9);

    std::vector<int> storage(meter.runs());
    meter.measure([&](int i) { storage[i] = storage[i] % 2 == 0 ? storage[i] - (dist(rd) >> 1) : storage[i] + (dist(rd) >> 1); });
})

NONIUS_BENCHMARK("std::string destruction", [](nonius::chronometer meter)
{
    std::random_device rd;
    std::uniform_int_distribution<int> dist(0, 9);

    std::vector<int> storage(meter.runs());
    meter.measure([&](int i) { storage[i] = storage[i] % 2 == 0 ? storage[i] - (dist(rd) / 2) : storage[i] + (dist(rd) / 2); });
})

这些是结果：

如您所见，它们都是并驾齐驱的。

（您可以在此处找到html输出）

PS：看来我忘了重命名第二项考试。 我的错。

Answer 3

结果的差异似乎正在波及结果之间，因此您无法真正分辨出结果是否不同。 但一般来说，单次操作无法完成除法，而移位可以，因此通常移位速度应该更快。

但是，因为您的代码中有文字2，所以我猜想即使没有优化，编译器也会生成相同的代码。

Answer 4

请注意， rand返回int并将int （默认情况下为有符号）除以2与按1移位是不同的。您可以轻松地检查生成的asm并查看差异，也可以简单地检查生成的二进制大小：

> g++ -O3 boo.cpp -c -o boo # divide
> g++ -O3 foo.cpp -c -o foo # shift
> ls -la foo boo
... 4016 ... boo # divide
... 3984 ... foo # shift

现在添加static_cast补丁：

if (i % 2 == 0) {
  result = result + (static_cast<unsigned>(rand())/2);
}
else {
  result = result - (static_cast<unsigned>(rand())/2);
}

并再次检查大小：

> g++ -O3 boo.cpp -c -o boo # divide
> g++ -O3 foo.cpp -c -o foo # shift
> ls -la foo boo
... 3984 ... boo # divide
... 3984 ... foo # shift

确保您可以验证两个二进制文件中生成的asm相同