将 unsigned int 更改为 size_t 会影响性能吗？

Question

在我将一些遗留代码从 win32 移植到 win64 之后，在我讨论了消除警告“可能丢失数据” 的最佳策略是什么之后（摆脱“警告 C4267 可能丢失数据”的最佳策略是什么？ ）。 我将在我的代码中用size_t替换许多unsigned int 。

但是，我的代码在性能方面至关重要（我什至无法在调试中运行它......太慢了）。

我做了一个快速的基准测试：

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <string>

template<typename T> void testSpeed()
{
    auto start = std::chrono::steady_clock::now();

    T big = 0;
    for ( T i = 0; i != 100000000; ++i )
        big *= std::rand();

    std::cout << "Elapsed " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::steady_clock::now() - start).count() << "ms" << std::endl;
}

int main()
{
    testSpeed<size_t>();
    testSpeed<unsigned int>();

    std::string str;
    std::getline( std::cin, str ); // pause

    return 0;
}

为 x64 编译，它输出：

Elapsed 2185ms
Elapsed 2157ms

为 x86 编译，它输出：

Elapsed 2756ms
Elapsed 2748ms

所以显然使用size_t而不是unsigned int对性能影响不大。 但是真的总是这样吗（很难以这种方式对性能进行基准测试）。

是否/可能将unsigned int更改为size_t影响 CPU 性能（现在将操作 64 位对象而不是 32 位）？

Answer 1

当然不。 在现代（甚至更老）CPU上，64位整数运算的执行速度与32位运算一样快。

我的i7 4600u上用于算术运算a * b / c示例：

(int32_t) * (int32_t) / (int32_t) ：1.3 ns
(int64_t) * (int64_t) / (int64_t) ：1.3 ns

两种测试均针对x64目标（与您的目标相同）进行编译。

但是，如果您的代码管理的是装满整数的大对象（大整数数组，例如fox），则如果缓存未命中计数增加（更大的数据可能会超过缓存容量），则使用size_t而不是unsigned int可能会对性能产生影响。 检查性能影响的最可靠方法是在两种情况下都测试您的应用程序。 使用您自己的typedef'ed到size_t或unsigned int然后对应用程序进行基准测试。

Answer 2

至少在Intel上，如果没有数据依赖性，则ALU可以并行执行两个32位操作。 如果size_t为64位，则只能执行一项操作。

在你的榜样，是没有区别的，因为你有一个数据DEP（ big取决于自身。）

但是，您可能会在代码中看到差异，例如：

uint32_t a = std::rand();
uint32_t b = std::rand();
const uint32_t randVal = std::rand();

for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
    a += randVal;
    b += randVal;
}

如果将a和b切换到uint64_t ，则该循环的运行速度可能会变慢，因为一次只能执行一次操作。

注意，ALU不能与16位整数并行执行4个运算，也不能与8位整数并行执行8个运算。 对于32位数据，只有2个操作，对于64位数据，只有1个操作。

注意：这在生成的机器代码中看不到。 这种并行化发生在CPU中。

编辑：另外，看这部分由安德烈Alexandrescu的谈话，他提到了这一点。