流水线停顿优化::无分支编程
pipeline stall optimize :: no branch programing
我在 分支预测未命中 上研究了 管道停顿 ，所以我使我的一些代码避免停顿并且速度更快。但我不知道这种优化是否真的重要或让事情变得更糟。我不知道 muschabout asm 或 cpus。
我添加一些我的反汇编代码。那么伙计们，我是否正确优化了程序？是不是比以前快了？你能告诉我如果我这样优化代码，应该是什么问题？
// before
switch (i - '0')
{
case 0: a.f1(); break;
case 1: a.f2(); break;
case 2: a.f3(); break;
case 3: a.f4(); break;
}
///asm with 12 cases
switch (i - '0')
00007FF620461434 movsx ecx,byte ptr [rax]
00007FF620461437 add ecx,0FFFFFFD0h
00007FF62046143A cmp ecx,0Bh
00007FF62046143D ja main+185h (07FF6204614D5h)
00007FF620461443 movsxd rcx,ecx
00007FF620461446 mov edx,dword ptr [r11+rcx*4+1614h]
00007FF62046144E add rdx,r11
00007FF620461451 jmp rdx
// asm with 4 cases
64: switch (i - '0')
00007FF6927413A5 movsx eax,byte ptr [rdx]
00007FF6927413A8 sub eax,30h
00007FF6927413AB je main+110h (07FF6927413E0h)
00007FF6927413AD sub eax,1
00007FF6927413B0 je main+104h (07FF6927413D4h)
00007FF6927413B2 sub eax,1
00007FF6927413B5 je main+0F8h (07FF6927413C8h)
00007FF6927413B7 cmp eax,1
00007FF6927413BA jne main+11Ah (07FF6927413EAh)
69: case 3: a.f4(); break;
00007FF6927413BC lea rcx,[a]
00007FF6927413C1 call OBJ::f4 (07FF6927412C0h)
00007FF6927413C6 jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
68: case 2: a.f3(); break;
00007FF6927413C8 lea rcx,[a]
00007FF6927413CD call OBJ::f3 (07FF6927412B0h)
00007FF6927413D2 jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
67: case 1: a.f2(); break;
00007FF6927413D4 lea rcx,[a]
00007FF6927413D9 call OBJ::f2 (07FF6927412A0h)
00007FF6927413DE jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
65: {
66: case 0: a.f1(); break;
00007FF6927413E0 lea rcx,[a]
00007FF6927413E5 call OBJ::f1 (07FF692741290h)
//after
static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
(a.*func[i - '0'])();
// asm
61: static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
62: (a.*func[i - '0'])();
00007FF71D7213B9 movsx rax,byte ptr [rbx]
00007FF71D7213BD lea rcx,[a]
00007FF71D7213C2 call qword ptr [r13+rax*8-180h]
我正在使用 MSVC。此代码在主循环中。下面是我的测试代码，输入是
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#include <iostream>
#include <chrono>
using clk = std::chrono::high_resolution_clock;
using namespace std::chrono;
using namespace std::literals::string_view_literals;
namespace timer {
static clk::time_point StopWatch;
inline void start() {
StopWatch = clk::now();
}
inline void end(const std::string_view mess = ""sv)
{
auto t = clk::now();
std::cout << mess << " : " << duration_cast<milliseconds>(t - StopWatch) << '\n';
}
}
// controll //
#define noBranch
#define noInline
// controll //
#ifdef noInline
#define INLINE __declspec(noinline)
#else
#define INLINE
#endif
class OBJ {
public:
size_t x = 0;
INLINE void f1() {
x += 13;
}
INLINE void f2() {
x += 23;
}
INLINE void f3() {
x += 18;
}
INLINE void f4() {
x += 15;
}
};
int main()
{
size_t sum = 0;
std::string in;
std::cin >> in;
timer::start();
for (size_t q = 0; q < 1'000'000; q++) {
for (const auto i : in) {
OBJ a;
#ifdef noBranch
static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
(a.*func[i - '0'])();
#else
switch (i - '0')
{
case 0: a.f1(); break;
case 1: a.f2(); break;
case 2: a.f3(); break;
case 3: a.f4(); break;
}
#endif
sum += a.x;
}
}
std::cout << "sum" << sum << std::endl;
timer::end();
}
通过指针调用也是一个分支，因此分支误预测也适用于此。
C++ 指向成员函数的指针是一个复杂的结构，编译器很难对其进行优化。
如果您查找数据而不是代码，并且不根据该数据创建分支，则使用查找 table 制作真正无分支的代码是可行的。
我在 分支预测未命中 上研究了 管道停顿 ，所以我使我的一些代码避免停顿并且速度更快。但我不知道这种优化是否真的重要或让事情变得更糟。我不知道 muschabout asm 或 cpus。
我添加一些我的反汇编代码。那么伙计们，我是否正确优化了程序？是不是比以前快了？你能告诉我如果我这样优化代码，应该是什么问题？
// before
switch (i - '0')
{
case 0: a.f1(); break;
case 1: a.f2(); break;
case 2: a.f3(); break;
case 3: a.f4(); break;
}
///asm with 12 cases
switch (i - '0')
00007FF620461434 movsx ecx,byte ptr [rax]
00007FF620461437 add ecx,0FFFFFFD0h
00007FF62046143A cmp ecx,0Bh
00007FF62046143D ja main+185h (07FF6204614D5h)
00007FF620461443 movsxd rcx,ecx
00007FF620461446 mov edx,dword ptr [r11+rcx*4+1614h]
00007FF62046144E add rdx,r11
00007FF620461451 jmp rdx
// asm with 4 cases
64: switch (i - '0')
00007FF6927413A5 movsx eax,byte ptr [rdx]
00007FF6927413A8 sub eax,30h
00007FF6927413AB je main+110h (07FF6927413E0h)
00007FF6927413AD sub eax,1
00007FF6927413B0 je main+104h (07FF6927413D4h)
00007FF6927413B2 sub eax,1
00007FF6927413B5 je main+0F8h (07FF6927413C8h)
00007FF6927413B7 cmp eax,1
00007FF6927413BA jne main+11Ah (07FF6927413EAh)
69: case 3: a.f4(); break;
00007FF6927413BC lea rcx,[a]
00007FF6927413C1 call OBJ::f4 (07FF6927412C0h)
00007FF6927413C6 jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
68: case 2: a.f3(); break;
00007FF6927413C8 lea rcx,[a]
00007FF6927413CD call OBJ::f3 (07FF6927412B0h)
00007FF6927413D2 jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
67: case 1: a.f2(); break;
00007FF6927413D4 lea rcx,[a]
00007FF6927413D9 call OBJ::f2 (07FF6927412A0h)
00007FF6927413DE jmp main+11Ah (07FF6927413EAh)
65: {
66: case 0: a.f1(); break;
00007FF6927413E0 lea rcx,[a]
00007FF6927413E5 call OBJ::f1 (07FF692741290h)
//after
static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
(a.*func[i - '0'])();
// asm
61: static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
62: (a.*func[i - '0'])();
00007FF71D7213B9 movsx rax,byte ptr [rbx]
00007FF71D7213BD lea rcx,[a]
00007FF71D7213C2 call qword ptr [r13+rax*8-180h]
我正在使用 MSVC。此代码在主循环中。下面是我的测试代码，输入是
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#include <iostream>
#include <chrono>
using clk = std::chrono::high_resolution_clock;
using namespace std::chrono;
using namespace std::literals::string_view_literals;
namespace timer {
static clk::time_point StopWatch;
inline void start() {
StopWatch = clk::now();
}
inline void end(const std::string_view mess = ""sv)
{
auto t = clk::now();
std::cout << mess << " : " << duration_cast<milliseconds>(t - StopWatch) << '\n';
}
}
// controll //
#define noBranch
#define noInline
// controll //
#ifdef noInline
#define INLINE __declspec(noinline)
#else
#define INLINE
#endif
class OBJ {
public:
size_t x = 0;
INLINE void f1() {
x += 13;
}
INLINE void f2() {
x += 23;
}
INLINE void f3() {
x += 18;
}
INLINE void f4() {
x += 15;
}
};
int main()
{
size_t sum = 0;
std::string in;
std::cin >> in;
timer::start();
for (size_t q = 0; q < 1'000'000; q++) {
for (const auto i : in) {
OBJ a;
#ifdef noBranch
static decltype(&OBJ::f1) func[4] = { &OBJ::f1, &OBJ::f2, &OBJ::f3, &OBJ::f4 };
(a.*func[i - '0'])();
#else
switch (i - '0')
{
case 0: a.f1(); break;
case 1: a.f2(); break;
case 2: a.f3(); break;
case 3: a.f4(); break;
}
#endif
sum += a.x;
}
}
std::cout << "sum" << sum << std::endl;
timer::end();
}
通过指针调用也是一个分支，因此分支误预测也适用于此。
C++ 指向成员函数的指针是一个复杂的结构，编译器很难对其进行优化。
如果您查找数据而不是代码，并且不根据该数据创建分支，则使用查找 table 制作真正无分支的代码是可行的。