为什么这种“优化”会使我的程序变慢？

Question

我正在为大学分配图形引擎，最近尝试优化我的代码的一部分，但是优化似乎减慢了它的速度。

代码的这一特定部分处理2D Lindenmayer系统，并将它们转换为“ line2D”对象的列表，这些对象可以由程序的另一部分处理为图像。

这样做时，它使用sin和cos来计算下一点的坐标，并且由于sin和cos是浮点运算，所以我认为这些操作会占用大量时间，尤其是在更复杂的lindenmayer系统中。 因此我创建了一个对象类“ cossinlist”，该对象类从.txt文件导入0和359度之间的每个整数角度（转换为rad）的cos和sin值，并转换为两个具有该角度的映射，分别称为“ coslist”和“ sinlist”作为关键。 这样，在处理包含小数部分的角度时，我只需要进行实际的翻牌操作即可。

然后，我决定在一个相对密集的系统上，通过优化来评估执行时间，而没有优化（通过注释掉）：引擎在33.4016秒内生成图像，而没有花了25.3686秒。 这是一个很大的差异，但是不是预期的方式。 我做了更多的测试，所有测试都给出了相似的差异，所以现在我想知道...是什么原因导致了差异？

功能：

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类：

#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(){};

“优化”的注释方式与我在速度测试期间注释的方式相同，仅注释了对象的实际使用（SinCosList仍在初始化，并且仍检查其是否可以使用的布尔值）正在初始化）

Answer 1

（我假设coslist和sinlist是普通数组或类似数组）

一些事情：

• 您确实应该启用优化

关闭优化功能后，您可以衡量无关紧要的内容。 启用优化后，未优化代码的性能与性能之间的关联性很差。

• optimzedangle应该是一个编译时常量。

如果优化器知道在整个程序运行期间optimizedangle不改变，则优化器可能会简化代码。 有了这个特定的代码片段，它可能可以弄清楚，但如果不必，您就不要依赖它，通常，在您认为变量很明显保持不变的情况下，意外地编写代码非常容易。编译器比您更聪明，并且意识到您已经打开了一个漏洞，该漏洞可能使变量发生更改，因此必须编写较慢的循环来解决该问题。

• 分支可能不好

内部循环中的分支-尤其是不可预测的分支-可能会降低性能。 尝试编写循环，以便没有分支； 例如，确保currentangle始终为正，或者使查找表720条目变长，以便您始终可以仅索引360 + currentangle 。

• 浮点<->整数转换可能很慢

我倾向于避免这些情况，因此我从来都不擅长预测何时确实是一个问题，但是这可能是真正杀死您的原因。

• 您的表正在使用缓存

您没有发布数据结构，但是我想象大约6k字节。 这是L1缓存的重要部分。 对我而言，这是否在此循环中发挥重要作用并不明显。