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[信息技术] C++ 提速的新发现

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [LV.10]大乘

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    楼主
     楼主| 发表于 2022-9-24 22:54:26 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    C++ 比 Octave 慢好多,怎么破?
    : K, K$ n8 _8 B, i& t2 w, P
    / k3 s+ h$ u2 D  N1 J% s自相关两层循环,内层循环涉及浮点数计算,试验了一下把内层循环内部全都 comment out 只留个壳子,  但空的内层循环本身就把速度拉下来了,看来问题并不在浮点计算。7 ^1 V9 b* L9 _. b1 e: S6 h. x
    * L8 W. |5 ^' L$ o; Q0 k( `  m! X
    速度优化问题真的很有意思啊。: `: ?- z- M' M7 T

    - }: M8 L& `( _2 [8 E欢迎大家继续讨论

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  • TA的每日心情
    开心
    昨天 00:37
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    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2022-9-24 23:04:16 | 只看该作者
    拉下来?拉多少?
    + U8 L/ d0 M& T  T把代码贴上来看看?" |. d4 ]/ r5 W  X1 T8 G; S* a: c# F
    ( l$ }5 U7 W3 j$ \8 j. S1 Z; w$ z
    难道分支预测不准破坏流水线执行?不该啊。
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    该用户从未签到

    板凳
    发表于 2022-9-24 23:15:41 | 只看该作者
    会不会代码本身的缺陷阻止了自动优化?另外,硬件配置和开发环境可能也有关系。
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  • TA的每日心情
    开心
    2025-5-29 00:52
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    [LV.7]分神

    地板
    发表于 2022-9-24 23:33:02 | 只看该作者
    Maybe Debug mode?
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [LV.10]大乘

    5#
     楼主| 发表于 2022-9-24 23:54:10 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-24 23:57 编辑 ; o7 @. f3 L5 A4 t% @
    数值分析 发表于 2022-9-24 23:04
    " C. T0 n* t+ \* d7 G$ s4 f4 S拉下来?拉多少?9 i, K3 @4 V/ c3 l7 S
    把代码贴上来看看?
    ! y# m4 E" P. [: U" _" \
    5 v& ?* F  Q' o* }' p
    void xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB)
    / j5 s! f( ]3 Y  W  ?3 ]{
    , K1 |  N) w) r+ T; P9 s$ H( b        comp temp, xtimesy;0 o' r. p! h# f: o+ a3 H
            xtimesy.re = 0;0 ]' U; A8 q3 Z: D5 r" x
            xtimesy.im = 0;
    ! v  X  _. i7 e        int j0 = lenB - 1;
    / H% x+ n6 m" V" Q7 r        int    i, j, i1, reali;- W( W' s- t" W& i
            if (lenA % 2 == 1)6 e4 E5 i0 E8 r* k
                    reali = lenA + 1;
    3 p# U. O% L# v, C) ]" [1 ]2 d) t        else
    2 V+ E8 e* d; _, }7 t  {0 T7 I% |                reali = lenA;7 `  x8 b  O+ Z0 G( W$ B
            reali /= 2;; I$ F) u3 B# C, M- \
    ( f4 c- a& D  O! q
            int nconv = reali + lenB;
    4 Z4 y4 h! W* |6 H( \! X: e! U6 F        //#pragma omp parallel for
    ) ~: @5 r, ?- s- `6 Z        for (i = reali; i < nconv; i++), g6 v  x- d* a9 A" @4 M0 }0 C
            {
    7 t6 ]7 D# {5 Q7 b: E  f                temp.re = 0;
    / L1 g$ O0 u( r1 s0 r" |5 v                temp.im = 0;
    4 n5 t9 K' ]& X/ j  p, T                i1 = i;& S8 p  K( r' H* l
                    for (j = j0; j >= 0; j--)
    # [) j7 v' J1 o  `/ W1 L                {
    * ?0 V2 k5 p0 N- `$ h                        /* floating date operation */  j0 B  k6 N2 v: e& g$ Q
                    }
    7 q. @1 G( P- H% U' W
            }
    2 x! O: n$ o4 C% K: Z}3 K$ F+ l( \1 j
    # I* R7 j9 A: l: `$ e
    xcorr函数代码如上,comp是复数struct, 做过长度为11、19两个矢量的测试,和octave结果完全一样4 {+ p4 H4 n" R0 n  p$ E8 D# k" G
    4 Z  E4 [+ j" x, F# h- g
    红色部分是内循环,现在其内部操作都comment out 了, j0大概是 6000。# r- F3 H, `) a) L" o* }$ p* @
    现在call xcorr 100次,耗时78s.
    7 L, }& v, P4 o7 C4 f1 d! \, F: t$ a; w# y7 j, P# X: V+ A
    如果把红色部分内循环本身完全comment out, call xcorr 1000次,耗时 <1s.
    " _5 ]5 y- S9 n7 }: N- r% p- y. N
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    2024-12-25 23:22
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    [LV.10]大乘

    6#
     楼主| 发表于 2022-9-25 00:17:17 | 只看该作者
    风雨无阻 发表于 2022-9-24 23:33
    0 `6 C: w) P8 i* A3 IMaybe Debug mode?
    + J2 j! A" c) [$ Y/ v
    1 c  ]0 K9 S; M- z6 p7 c" I
    不应该,看我上面的回复。
    4 U# n5 ^9 e$ t+ n' i
    , ^& S# ]7 f% r  |+ I5 x  X我更怀疑是 VS 社区版的问题
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    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2022-9-25 00:20:10 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-25 00:24 编辑
    0 ?- q/ h  J% G! _9 Q1 ?
    雷达 发表于 2022-9-24 23:548 T/ g9 Q; J: h
    void xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB)
    ' M8 y+ \( D& u! J2 g) N6 |{
    , a) i" I! I$ X+ k9 F0 J$ V! c        comp temp, xtimesy;

    2 r& l% U- ^7 y2 T) i# Z2 ?
    0 X( S/ _( }8 u' }/ R, c+ ?这个不是这么比的吧。。。4 F% S: \8 t2 ~1 g
    # R5 Z# _# G3 f8 g+ D9 G6 r, s. l
    您这个函数,不带内循环的话,汇编完总共操作也没几个(不到100个)。
    ! y* z$ |5 U) j' }' Q* w7 T. A1 y# _4 X6 [* u* _
    而加上内循环,光jmp和dec指令就至少多执行了6000个,慢个几十倍不是正常的么?
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    8#
     楼主| 发表于 2022-9-25 00:46:56 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-25 01:09 编辑
    8 d+ H" H! w3 M' w; o8 N( X  ^5 R. V
    数值分析 发表于 2022-9-25 00:203 V4 p" ^7 K0 y0 b
    这个不是这么比的吧。。。
    7 T6 e8 L# ]/ Y. i
    3 Q7 a9 v& j$ ~& @. T8 K$ j您这个函数,不带内循环的话,汇编完总共操作也没几个(不到100个)。

    ' f4 @* n7 `* S- B7 ]. G6 ^7 y# Y( z) D( g' E9 U3 E8 _; ]$ |
    有道理。
    - l1 u7 Y% l+ I: i所以存在内循环速度就上不去,把内循环取消,改成两个向量直接点乘再求和应该就会好得多,记得 numeric 库里有算向量内积的,我回头试试。
    2 Y. \+ P& p, ~# I7 q! y+ \8 G( C, j# V
    我先尝试尽量用标准库,一个小程序,不想搞得太复杂。多谢了
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    该用户从未签到

    9#
    发表于 2022-9-25 01:27:53 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-25 00:46% [+ G: f& @& j2 X" k2 L
    有道理。( q( J$ m7 P4 q' q4 O: @
    所以存在内循环速度就上不去,把内循环取消,改成两个向量直接点乘再求和应该就会好得多,这大 ...

    1 F# v. m  @& f( ]3 N你两个试验之间就差了一个空循环, call 1000次按理不会有秒级差异,可能还是编译器优化的问题。举个例子,把循环本身翻译成机器指令loop或dec/jnz,两者速度上会差很多
    9 J' l; V& o: p, l- TWhy is the loop instruction slow? Couldn't Intel have implemented it efficiently?
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    10#
    发表于 2022-9-25 01:48:51 | 只看该作者
    数值分析 发表于 2022-9-25 00:20
    ( k3 D, e9 f, Q( M; F) m/ C这个不是这么比的吧。。。
    ( y) \' |; |/ U+ c: h# I5 E! _
    % `; M$ ~# n: \, }2 O0 Z! M" w9 x$ m您这个函数,不带内循环的话,汇编完总共操作也没几个(不到100个)。
    而加上内循环,光jmp和dec指令就至少多执行了6000个
    4 t5 f/ r4 j+ k7 h9 R: H
    4 _& t% J1 H; Y! [& N1 z' ^% [
    现在的CPU,可以把判断、jmp和dec指令全部融合进一个µOp(微操作,CPU内部流水线上的执行单位)。如果循环这样跑,花不了多少时间。
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    [LV.Master]无

    11#
    发表于 2022-9-25 02:06:44 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-25 02:16 编辑 " z( M3 a$ l6 q. T' w
    沉宝 发表于 2022-9-25 01:483 [/ K) E: d4 w' D% o% U
    现在的CPU,可以把判断、jmp和dec指令全部融合进一个µOp(微操作,CPU内部流水线上的执行单位)。如果 ...

    - G5 {) f0 A" }3 v8 e2 q4 m9 F6 P5 R
    2 X/ s7 Q# `2 h是的,兄台说的对。
    0 E0 p' U0 U1 C+ J( S: V  K6 O. ~, x- i0 \* z5 r7 E$ S. ]: S/ G6 a" M4 M
    其实我想说的是 真正数值计算部分和代码中其他不直接计算的overhead的比值这个事儿。: i  |! r9 @% Y

    / y, X0 n* z5 K, D3 P$ h/ E$ G8 w雷达兄构造测试用例的时候,屏蔽掉了所有计算的部分,使得剩下的都是overhead,这样run time比较的结果就显得好像不合理了。如果把计算加回去,计算部分的run time会dominate,结果就不那么离谱了。因为不好说,所以用指令数对比的方式试图直观地说明这一点。. Z: f- I" a- z, d- C0 A" a/ y3 w% c: x

    $ Y! Q8 W5 a. A2 Q% X比如说,如果有计算,那么跑六千个循环相对于计算应该用不了多少时间。但是如果一边是什么都不做,另一边是六千个循环,那六千个循环比什么都不做慢几十倍了,就不是那么不合理了。
    - Q- J. M% t1 S" i
    ! N0 Q! ?5 t/ d当然也有可能像兄台说的,是优化参数的问题,但我觉得更多地是测试用例设计的不合理。
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    12#
     楼主| 发表于 2022-9-25 04:47:43 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-25 04:49 编辑
    1 s; d; ]8 Y7 a+ I
    沉宝 发表于 2022-9-25 01:271 K5 k! Q  x, n/ v) R6 F
    你两个试验之间就差了一个空循环, call 1000次按理不会有秒级差异,可能还是编译器优化的问题。举个例子 ...

    / }- S# V  ~& j$ \
    ) J9 t6 x9 u1 X4 \. a" A* b又写了个小实验,没有调用子函数,双层循环,外层6千次,内循环30万次空转,有或没有空转内循环,时间差一倍,我上面这个差的太多了。+ e: S; p. J4 g* C
    : ^1 E( i# F4 e: v
    我已经完全懵了。
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    该用户从未签到

    13#
    发表于 2022-9-25 05:51:23 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-25 04:47
    ) I2 S( r9 M% A0 }! P3 v0 N又写了个小实验,没有调用子函数,双层循环,外层6千次,内循环30万次空转,有或没有空转内循环,时间差 ...
    , \: E  D! k2 H5 x0 T" f
    时间差一倍的结果可以接受。
      u4 E) o* `2 x0 p: c8 |
    " B; B. p. @/ d5 E  Y& S0 k你还是用profile工具看看吧。现在大家都主观瞎猜。
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    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2022-9-25 14:58:59 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-25 15:38 编辑
    4 {; X: {+ d- u7 \
    雷达 发表于 2022-9-25 04:47/ I( |( O5 P# R! V2 I/ E1 L/ ~
    又写了个小实验,没有调用子函数,双层循环,外层6千次,内循环30万次空转,有或没有空转内循环,时间差 ...

    2 d0 y7 p1 @- J; i6 ^: p6 q8 \
      u9 ~8 O$ `3 V$ O7 t
    7 b  s' G# i& o% n  X3 V
    ' U) l- H- Z! s/ s; T  F. q能不能把这个也贴上来,看看和上一个有什么不同?
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    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [LV.10]大乘

    15#
     楼主| 发表于 2022-9-26 01:30:03 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-27 01:17 编辑 7 G( K  u. P. ^) J. @. ]
    数值分析 发表于 2022-9-25 14:587 J3 ~" t, H, n3 n$ \
    能不能把这个也贴上来,看看和上一个有什么不同?
    : B( F1 N0 i6 e1 S8 y$ v8 ^
    理了理思路,重新做了一个测试。: `5 k: w( ?% F$ z
    做了两个 vector 和 两个 float *, 都长 100000% y9 H* U% C! y- K
    外循环 6000,里面先做随机数生成,模拟真实环境,避免数据的 cache.
      J0 w' G* A7 i) i; u0 S$ i# q# X. n# r4 ~- L* n
    内循环试了4种方法,
      K* @) R6 q7 w% K6 Z1. 直接调用 vector inner_product 247s
    / D; \* q# q; q! j+ U2. vector 循环点乘累加 237s
    0 d* I0 G# {/ x& j4 T# [3. float * 循环点乘累加 204s' U. H; |8 d+ F+ ?& T! N- O& F
    4. 空循环 100000 次 202s4 B$ |$ Z) B2 }+ F4 M. H: N
    ' Y8 A; p! [& n7 R- Y: H7 M, i
    不做内循环 200s% `: U& R0 `- Y9 K* R3 [9 ~8 \
    3 R' w/ N" K8 y! c* T) O
    你昨天说的对,内循环本身占比是很小的,大头在其他处理。
    + R7 e1 Z2 a7 Z7 H) w1 ]另外可以看到, float * 循环点乘累加 并不差,比用vector 还更快。6 I8 B4 I" O6 B4 d

    8 U6 F1 x2 F) l, \- B1 t% z至于我那个原始程序,还有一些疑问,见5楼,其他都不变仅仅是有无空的内循环就有很大不同,这是不对的,也许有一些其他缺陷我没有看到。(也许可以改成 while 试试)8 x, G: c# d2 x/ c$ m

    + Q1 a: R1 c  r0 f9 l(为什么下面我贴的  b1 加 方括号里的 i , 显示出来却是 b1 ?方括号 i 消失了。 LOL . 改成  jj 好了,原来 方括号里的 i 是斜体标志  LOL)
    ! s& h' m# d0 s
    0 T2 Z$ I- [: y* H: x5 c
            std::vector < float > vec1(N);
    # f+ c2 b) P+ m/ t& W5 T        std::vector < float > vec2(N);
    " T" s( R- q4 I        float* b1 = new float[N];
    * D7 c: z3 F" i5 g# e( O6 f# I- K        float* b2 = new float[N];
    , k5 j3 b. V  f9 n
    6 t* u9 d; E" s, k; o9 p        for (int j = 0; j < 6000; j++)5 K$ N$ W2 i* y2 u
            {6 q0 {& P- |7 H4 X
                    std::generate(vec1.begin(), vec1.end(), []() {
    & w* p4 q5 `8 k                        return static_cast <float> (rand()) / (static_cast <float> (RAND_MAX / 23.23));;
    + y  j  q" S' n; `2 F$ i& q                        });7 |& p; w) `. o: I9 }7 I
    5 ~7 L" ?/ W& v% V; D8 d
                    std::generate(vec2.begin(), vec2.end(), []() {
    ! s$ O# d, J" _! q, a) C9 F# {# s. M                        return static_cast <float> (rand()) / (static_cast <float> (RAND_MAX / 24.31));;
    & C4 L9 q8 K* r9 ?4 W$ D. Z                        });
    0 v8 Y6 e( V- b6 b, u9 o( x/ ], I
    * u  R% D- u' w                for (size_t jj = 0; jj < vec1.size(); jj++)
    9 o* s+ a$ S0 q! I6 s5 f                {
    ( P: k3 s! o, |  u7 q' w% k                        b1[jj] = vec1[jj];) \, e9 b8 ~$ b" T1 k% W( t
                    }$ b$ h- I( f9 C6 F+ W; K+ q
    1 W$ t* O# M! V8 ]! j% s$ z
                    for (size_t jj = 0; jj < vec2.size(); jj++)
    & @8 b5 N0 c) L  }6 n                {
    2 L9 a2 `+ j2 Y9 c$ k4 [) R; D                        b2[jj] = vec2[jj];1 a% S2 T& l( X5 X+ t$ m0 z
                    }4 a8 X6 e0 @; ^( W, J" n: ]

    " z+ Y3 v; J, H5 @! E, h                //Method - 1  N=100000 247s  ' U3 y! {+ |' k& o
                    //fresult = inner_product(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), 0);
    ( a5 m' ^1 q  y7 {3 E8 [2 s! j: W4 i                                
    , m3 Z- q4 |% o4 i                //Method - 2  N=100000  237s  P: A  U4 u6 t/ D3 O' W7 R* N: y
                    /*& E6 s. T1 |/ Y' ^* \, z' [
                    for (int jj = 0; jj < N ; jj++)1 _1 k- [4 z  z0 S1 y' j! t
                    {% I8 ?5 O+ W& h( ^9 f& C) |% c
                            fresult += vec1[jj] * vec2[jj];4 D( F  d  c# z8 U+ i! P9 ~
                    }- F" i7 t! C& G6 n8 O& \
                    */
      L0 ?" K0 p* `( v2 N/ t                                
    & A' D; g  S% Q0 r& ]: ^4 A  s                //Method - 3  N=100000 204s
    . T$ X; ?3 `- Z2 L3 e' o& I9 [, H                /*/ F4 x  Q9 G3 D$ N
                    for (int jj = 0; jj < N; jj++)
    4 F, C! F( D" C7 c3 f' b1 X                {
    6 L9 x9 Q4 g3 V. \8 J: G                        fresult += b1[jj] * b2[jj];
    # w0 j- f" @0 ~, F1 l+ a, M4 Q                }
    , d- @" Z: @% G! Q. c                */
    * _/ S1 v5 H9 g: K! l& S
    / _: E( Q1 u2 ]9 N: d                //Method - 4   202s( B- G# ^4 ?6 k* x1 `
                    /*
    8 x) [* N8 T: h( M8 a& M+ q                for (int jj = 0; jj < N; jj++)
    ) k; _8 b' Y( I9 g                {
    / ~) O' p0 s1 J, `; ~                        5 G3 W) ^/ Q5 i! ?5 W* B
                    }8 F2 w$ G$ b2 E) Y1 j/ C" t; A! q
                    */$ d* D( W, c4 c8 [  k8 W% B3 t( m
                    //comment out all methods, N=100000  202s               
    ( `/ Q( \/ W/ S' K        }7 h% Z* n2 H- Z' \
    . [3 G% C' ?/ s8 ?0 q
            delete []b1;$ D" \, ~" X3 _7 f
            delete []b2;

    ; b8 Q4 z9 f  K- p
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
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    [LV.1]炼气

    16#
    发表于 2022-9-27 00:15:38 | 只看该作者
    瞎猜一下啊。把第一个的那个j定义成register变量会不会有不同?0 Y) G8 `+ X4 J- C) e6 @
    ( T" o9 r5 P# W
    你第二个试验里面的j在循环里面又重新定义了啊,你确定真的跑了6000次?3 h' J* B# t/ y
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
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    [LV.10]大乘

    17#
     楼主| 发表于 2022-9-27 01:16:03 | 只看该作者
    机器猫 发表于 2022-9-27 00:150 @( p5 c6 i) `9 @7 U
    瞎猜一下啊。把第一个的那个j定义成register变量会不会有不同?* A1 g" p6 h1 |# b' X

    $ ?1 P9 t2 b* g- x+ C0 o你第二个试验里面的j在循环里面又重新定义 ...

    * E4 v! V5 V7 _) l+ j* c7 t内循环里面的 j 实际是 i, 为了规避爱坛显示的冲突帖子里临时改成了j, 现在是 jj 了。好累 、LOL4 n8 X2 a# X1 Y/ d& S, d, ?# n) v9 M, `

    0 ]* R+ Q! m; K/ S: U# ]5 C' ]! j不和它较劲了,瞎耽误工夫,我已经转到 ubuntu, 也准备顺便试试 avx2 向量化。
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    18#
    发表于 2022-9-27 02:06:58 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-27 01:16
    & r5 c) a: Y# s+ Q内循环里面的 j 实际是 i, 为了规避爱坛显示的冲突帖子里临时改成了j, 现在是 jj 了。好累 、LOL
    ! l, y# {- W+ ~. ^' c( |9 s' }3 I/ ~4 K) i4 O# t
    不和它 ...

    ; ^" ~) O0 K  u
    , B1 n" Y/ V: |4 x; m8 U: b不过可以试试我说的register变量。前一个试验j是混在一堆其它变量里一起定义的,很有可能是在stack上,这样内存读写会更多,要是再碰上每次都需要加载cache就更慢了。$ M* r5 v; R# M$ e
    后面一个是在循环那里定义的,说不定编译器就把它优化成register变量了
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    该用户从未签到

    19#
    发表于 2022-9-27 07:25:57 | 只看该作者
    一个无关问题,为什么爱坛的帖子里在我这里有好些奇怪的东东在里面,是防拷贝措施吗?
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    该用户从未签到

    20#
    发表于 2022-9-27 20:29:50 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-24 23:54
    " P! w* M/ j) {; G( d- Bvoid xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB)9 H4 _6 s1 @( c$ X9 i
    {( \: ^$ O! U- {3 B/ C; N8 T
            comp temp, xtimesy;
    - d+ @& d5 D% N
    这个code里面如果Openmp没有被注释掉的话,那么temp那个变量应该是定义在循环里面,否则线程之间会存在争夺写入那个temp的风险。
    0 P7 C; ~- G1 o内层for循环如果没有内部操作的话,编译时应该被优化掉了,和你完全注册掉整个循环是一回事。可能你的编译设置没有打开优化?/ X( P" a' g) g: [+ k
    VS社区版没有问题,我工作用的就是社区版,设置正常的话不会比商业版差。以前游说头头用Intel Compiler,他说不想花钱,而且差不了多少,就一直用到现在。
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