同時將所有結構元素與標量相乘

Question

我有一個代表向量的結構。 該向量由兩個1字節整數組成。 我使用它們將值保持在0到255之間。

typedef uint8_T unsigned char;

struct Vector
{
  uint8_T x;
  uint8_T y;
};

現在，我程序中的主要用例是將向量的兩個元素與32位浮點值相乘：

typedef real32_T float;

Vector Vector::operator * ( const real32_T f ) const {
  return Vector( (uint8_T)(x * f), (uint8_T)(y * f) );
};

這需要經常執行。 有沒有辦法可以同時執行這兩個乘法？ 也許通過矢量化，上交所或類似的方式？ 還是Visual Studio編譯器已經同時執行此操作？

另一個用例是在兩個向量之間進行插值。

Vector Vector::interpolate(const Vector& rhs, real32_T z) const
{
  return Vector(
        (uint8_T)(x + z * (rhs.x - x)),
        (uint8_T)(y + z * (rhs.y - y))
        );
}

這已經使用了優化的插值方法（ https://stackoverflow.com/a/4353537/871495 ）。

但是向量的值再次乘以相同的標量值。 有可能改善這些操作的性能嗎？

謝謝

（我正在將Visual Studio 2010與64位編譯器一起使用）

Answer 1

以我的經驗，Visual Studio（尤其是像VS2010這樣的較舊版本）並不能單獨進行很多矢量化處理。 他們在較新的版本中對其進行了改進，因此，如果可以，您可能會發現更改編譯器是否可以加快代碼的速度。

根據使用這些功能的代碼以及編譯器所做的優化，可能甚至不會使計算速度變慢。 函數調用和緩存未命中可能會造成更大的傷害。

您可以嘗試以下方法：

• 如果尚未完成，請在頭文件中定義函數，以便編譯器可以內聯它們
• 如果您在緊密的循環中使用這些函數，請嘗試在不進行任何函數調用的情況下“手動”執行計算（暫時公開變量），看看是否會造成速度差異）
• 如果您有很多向量，請查看它們在內存中的布局方式。 連續存儲它們以最大程度地減少緩存未命中。
• 為了使SSE真正運作良好，您必須一次處理4個值-因此將2個向量與2個浮點數相乘。 在一個循環中，使用2的步長並編寫一個靜態函數，該函數使用SSE指令一次計算2個向量。 由於向量不對齊（幾乎不會使用8位變量），因此代碼甚至可能比現在運行的速度慢，但是值得一試。
• 如果適用並且不依賴於從float到uint8_t時發生的鉗位（例如，如果float處於[0,1]范圍內），請嘗試在各處使用float 。 這可以使編譯器做得更好。

Answer 2

您尚未展示完整的算法，但是整數和浮點數之間的轉換是非常慢的操作。 消除此操作，僅使用一種類型（如果可能，最好是整數）可以大大提高性能。

Alternatevly，你可以使用lrint()來執行轉換為解釋在這里 。