在C ++中使用位运算符或if语句是否更快？

Question

我正在读某个地方，在可能的情况下使用按位运算符代替if语句会更快。 我正在研究一个图像处理项目，我有各种方法可以对像素进行数学运算。 例如，当我添加一个像素时，我会检查并确保总和不会超过最大值。 我把它改成了......

    Pixel16 operator+(Pixel16 p) const noexcept
    {
        uint_fast32_t r = red + p.red;
        uint_fast32_t g = green + p.green;
        uint_fast32_t b = blue + p.blue;
        return Pixel16(r | -(r > 0xffff), g | -(g > 0xffff), b | -(b > 0xffff));
    }

你们认为它比编写像......这样的陈述更快吗？

if(r > 0xffff)
 r = 0xffff;

FYI红色，绿色和蓝色是uint16_t类型的成员变量

Answer 1

鉴于此代码：

#include <algorithm>
#include <cstdint>

struct Pixel16 {
    uint16_t red;
    uint16_t blue;
    uint16_t green;

    Pixel16(uint16_t red, uint16_t green, uint16_t blue);

};

Pixel16 v1(Pixel16 const & p, Pixel16 const & s) {
    uint_fast32_t r = p.red   + s.red;
    uint_fast32_t g = p.green + s.green;
    uint_fast32_t b = p.blue  + s.blue;
    return Pixel16(r | -(r > 0xffff), g | -(g > 0xffff), b | -(b > 0xffff));
}

Pixel16 v2(Pixel16 const & p, Pixel16 const & s) {
    uint_fast32_t r = p.red   + s.red;
    uint_fast32_t g = p.green + s.green;
    uint_fast32_t b = p.blue  + s.blue;

    r = std::min(r, (uint_fast32_t) 0xFFFF);
    g = std::min(g, (uint_fast32_t) 0xFFFF);
    b = std::min(b, (uint_fast32_t) 0xFFFF);

    return Pixel16(r, g, b);
}

结果我的编译器给出了什么？

OS X上的Clang将为v1和v2生成功能相同的代码。 唯一的区别是对min()的调用和v1的等效工作的顺序以不同的顺序发生。

在这两种情况下，都没有分支。

摘要：

编写最易理解的代码。 使用函数和语言功能以可读的方式表达您的代码。 您的按位代码是否比min()函数更易读或更不可读？

Answer 2

在几乎所有情况下，“更快”将在很大程度上取决于目标系统和使用的编译器，以及运算符可能如何过载。 但是，在这种情况下，我严重怀疑会有那么大的差别，因为你仍然使用比较运算符，这应该是比简单的if分支更昂贵的操作。

但是，上面列出的代码困扰着我。 否定比较操作的结果（ 布尔运算，除非你已经重写了运算符）并不是可以按位运行的，也可能是你正在做的事情。 此外，它很难理解，这意味着以后某人很难维持。 但是if版本解释了发生了什么。

Answer 3

要知道 ，您必须测量（配置代码）。

关于为什么按位运算可能更快的理论是分支预测失败可能是一个重要的性能损失。 通过使用按位运算而不是控制流程开关，您可以完全避免条件分支，因此您将永远不会在那里进行分支预测。

根据具体情况，计算而不是分支也可能稍微缓存一下。

但除非你测量，否则你不会知道实际效果。 简单分析代码的因素太多了。