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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

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 天

    [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?+ e9 T% J0 P$ d" A- r2 T

    # r* q1 e2 @( B7 S' l4 |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。8 j! h; ?% H; V$ X: e( t$ \
    2 E7 S0 K/ @5 s( k$ \9 O  e% z! {- z
    速度优化问题真的很有意思啊。- K1 T  w) e$ n) ]6 L
    1 C9 o. Z! C- }* y6 ?) N
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  • TA的每日心情
    开心
    2026-2-7 02:13
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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?* \5 V# {( i8 S
    把代码贴上来看看?+ i% F' B2 l0 ?8 I  b  i: y: [
    5 I6 D0 {0 ^+ h; a
    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
    2026-2-24 07:04
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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

    2025-9-22 22:19
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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 8 F6 a; @6 w2 _5 R" K
    数值分析 发表于 2022-9-24 23:04
      ^# P/ ~, i9 s2 @拉下来?拉多少?
    ' g: X* N& M0 |4 p把代码贴上来看看?

    5 {7 O* C1 M2 X7 o  ?7 L7 [4 T
    ! r$ k* E" O. X; X8 T: Qvoid xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB)
    ' V& {( k. `% R1 T- ~/ x6 {{. a( {, k: H  |' G  o0 e! K8 d& ?
            comp temp, xtimesy;
    & V. [& |6 Y( X# D& C        xtimesy.re = 0;3 v. K( ~8 Z3 F7 D6 O$ O
            xtimesy.im = 0;' s: D) b2 X# U4 c, K3 t  ]3 t
            int j0 = lenB - 1;
    $ Z( M* V4 _6 U        int    i, j, i1, reali;5 R% k* v) v, ]+ Y9 H
            if (lenA % 2 == 1)7 |  `0 D4 F2 E
                    reali = lenA + 1;
    ! L) [: ^: k: V' x6 @" j        else
    % s5 v1 g' X1 |1 U3 w                reali = lenA;' E0 u3 c6 c6 i! d6 \
            reali /= 2;8 X- o0 V! K6 O1 @/ q
    $ E" a! ^2 o6 r* J6 H, j
            int nconv = reali + lenB;
    - M& D/ H) H4 O; `/ b        //#pragma omp parallel for
    " J! {  P5 u' X7 D6 v        for (i = reali; i < nconv; i++)
    8 @$ X: P3 m* D- s; {) v: E2 w        {% f+ Y7 C9 c! G, n8 ?
                    temp.re = 0;
    / s5 s. L- b% X. C' x4 n                temp.im = 0;7 S3 ~" {2 x0 k! v1 d) K
                    i1 = i;
    2 W( j. D" A7 ]* v8 x4 t                for (j = j0; j >= 0; j--)
    % G  u! z1 ~! I! q4 X% ~) g                {
    0 Z: {' ]$ b9 m9 g3 k8 |                        /* floating date operation */
    2 G# h1 j5 l: V9 C                }

    ( V* a$ ?8 w7 l: n7 N6 S, z9 ^        }9 o8 o6 P1 C8 V6 s# K$ K
    }. i2 ?1 w4 r% A, @0 H" u
    ; e& K% V$ U3 }% Q4 P
    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
    3 T' C5 M6 R) S3 ~* `  y
    8 S, f' q2 ]: O红色部分是内循环,现在其内部操作都comment out 了, j0大概是 6000。
    6 f: R1 c/ j% ?  a2 Z( I- ?6 c. ]现在call xcorr 100次,耗时78s.
    ( V9 H2 G+ w1 l3 R: q. a# d
    ' R; y: P/ P3 ^/ c如果把红色部分内循环本身完全comment out, call xcorr 1000次,耗时 <1s.
    ! q: t% ?+ q) G8 e$ y
    / |: M2 S$ n: ~, M7 g! W, P
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    2025-9-22 22:19
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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
    4 @2 A3 M2 J' sMaybe Debug mode?

    : E& `6 O1 l; G8 T  a& N" F3 B, v9 D( i3 W, p
    不应该,看我上面的回复。
    , f/ e- A$ t( |( V" R% c* T: k1 Q& F1 e0 {7 i4 {: D3 }7 o
    我更怀疑是 VS 社区版的问题
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    开心
    2026-2-7 02:13
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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 + t! z6 z. p5 j( j# E/ }
    雷达 发表于 2022-9-24 23:54- T+ D% a- I. w5 }0 Q2 i1 M  f$ B
    void xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB). @* i' r0 T' Y3 Q0 L/ V6 H, N" r
    {
    4 V0 H8 H% k  |# m, y3 @        comp temp, xtimesy;
    9 B+ {+ T  m( j5 W; s9 f6 w% I
    9 O) `! {# i9 `( l2 e' q+ F. s% l
    这个不是这么比的吧。。。
    8 z! D- o. \' V' ]0 G) `# w% u7 O, `4 x& B5 G4 N/ R) 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)。
    9 @2 A+ `* O! P3 w4 d, C2 K' K, M
    . M: @2 H+ S5 w- L' N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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    [LV.10]大乘

    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
    / T5 ~: c* Y5 G1 ~1 I* H
    数值分析 发表于 2022-9-25 00:20
    . O* |) l; @7 s! v, B, z这个不是这么比的吧。。。
    ( S9 k5 e+ F. S; Q3 k* ]1 f: f3 a9 c& K
    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)。

    ) s2 r; |# f2 `3 Z5 L1 D% z, a. m2 u4 `$ E2 B4 @& y' L
    有道理。* b. d# |. @0 W, `- s0 S
    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。) u4 Q- ]4 t1 q) S; g

    9 y  ~9 Y. ^) R* s! |0 M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
    4 E4 @% p5 b2 I5 V3 b/ W有道理。" F1 X" ^  j: T- C" X9 T9 s: ?
    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 ...

    6 b2 O% E& @& v& [# F  K( W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
      f6 W& P& q* eWhy 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% R& `+ r: t6 ]' P
    这个不是这么比的吧。。。
    0 X7 x3 i. s* x7 R
    5 U, M( t% t# }9 `# T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
    6 W0 S+ v' u- v# U
    & W. R5 z% a3 ^9 W, P1 c' S
    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
    0 y1 S- a8 v+ }4 m! s5 n
    沉宝 发表于 2022-9-25 01:48
    " c, P. p4 n( \* @$ `7 @' ]) B- 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 ...

    : D  `/ \+ w6 E7 i/ G
    2 [$ w5 j; L$ u) c8 |& j是的,兄台说的对。4 K8 t2 a2 v3 X) U; ~
    & X! [$ v1 F- p
    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。8 U$ x6 i1 E4 o8 F3 ^. s9 [2 ?

    ' }' L( \5 F, t! m# ~4 d! p3 ?' v& V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。$ i+ w3 A$ K& }# ]
    / m" V5 \* r9 M/ r
    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。# ~) L7 n4 r4 g$ ?4 C$ y2 o4 T
    ; }- ~7 d2 ^0 X) s% O9 {: }! E3 }
    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 $ t- |$ z9 h$ }% h7 W& V3 M
    沉宝 发表于 2022-9-25 01:27
    " R9 p$ m& q% T5 I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 ...

    3 F" i) B- x  O) ~7 Y+ Y3 _/ o( m0 Y; h+ W. n! p& a
    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。
    ! V' O/ W: z0 P) R0 r* K5 s: B
    8 F2 u; ]3 Q9 B( D我已经完全懵了。
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    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
    ) _7 t7 g0 v$ G  X! @5 A; ~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 ...
    ; D- G. x) y- e: Z
    时间差一倍的结果可以接受。
    ; G2 c9 I  ^2 I) c3 U
    9 O. @3 \; t6 V; t. s' e: H4 F" V你还是用profile工具看看吧。现在大家都主观瞎猜。
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    开心
    2026-2-7 02:13
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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
      P/ e" U; ?3 C' v
    雷达 发表于 2022-9-25 04:47$ G) W# H$ T5 R" N/ Q
    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 ...
    ) B% Z$ i4 ?# |5 _3 a

    ) h7 E4 n: c( [9 d$ _) G6 K
    7 V4 N2 g6 s6 h1 n7 J4 B
    3 R% G  g3 d* ?% r5 R2 [$ x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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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
  • 签到天数: 1183 天

    [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 * P9 m4 _" S* q( K& g  K
    数值分析 发表于 2022-9-25 14:58* N/ g5 Y: g- P8 [
    能不能把这个也贴上来,看看和上一个有什么不同?
    ( `; i: X5 N2 E7 ?5 W: K
    理了理思路,重新做了一个测试。# k3 v1 S' }% z; L4 ^
    做了两个 vector 和 两个 float *, 都长 100000
      x/ L; ^1 ]7 L7 S6 u6 B# t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.
    . e6 k5 X7 w- i! n) L7 D# Q* _, ^" x6 X' Z8 G6 Q
    内循环试了4种方法,. ^- f8 o( w) h* U1 q" l5 _% S
    1. 直接调用 vector inner_product 247s
    3 H% W% E6 I  p3 t2. vector 循环点乘累加 237s7 m+ U3 e  ?+ A) q+ h
    3. float * 循环点乘累加 204s, G/ t# U3 ^- }+ S5 P
    4. 空循环 100000 次 202s5 E, B9 F0 A" j

    # Z, O) w0 S  E4 R- O0 i不做内循环 200s
    " c( s% r  N* I) Z- y0 y, b; M6 }& i) K8 m# j5 n+ Q, |
    你昨天说的对,内循环本身占比是很小的,大头在其他处理。/ O) J1 x2 `" D1 `3 M" ?
    另外可以看到, float * 循环点乘累加 并不差,比用vector 还更快。
    3 N4 u. E% |$ T. }3 ^4 {
    ' N7 a$ |; f4 |" f8 Q' a2 Y5 X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)
    9 `* y" p% b( R! {0 F& @4 x2 X( W  X: ^( @% e( s
    (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)
    5 s; j& b( U. Q  U5 V$ h" s8 \$ i$ {( b! F( ^* j' C
            std::vector < float > vec1(N);
    - w7 O' q3 u) n! c. l2 G; S- V        std::vector < float > vec2(N);% b" z$ n/ n2 Q; s$ x% @3 K
            float* b1 = new float[N];
    ; H# p4 f, [2 s0 o0 L        float* b2 = new float[N];; U/ z: g! H2 y8 j! @

    ! x- S. m! {! i* `2 T$ Y  s# C        for (int j = 0; j < 6000; j++)$ X; G' j+ a% E% _
            {  j: d( k( V$ j8 c  r
                    std::generate(vec1.begin(), vec1.end(), []() {/ g% C; j0 x. b( g
                            return static_cast <float> (rand()) / (static_cast <float> (RAND_MAX / 23.23));;# b0 L6 T0 y5 K) R
                            });
    6 U0 N3 e; S, G/ A! b
    ! x' _6 R7 y! D6 L# z                std::generate(vec2.begin(), vec2.end(), []() {
    " B$ j* B& F$ p/ Y, n% N- |                        return static_cast <float> (rand()) / (static_cast <float> (RAND_MAX / 24.31));;* n, [' {8 W8 L& S  V# ~. f4 Q
                            });) N8 ]* k) n8 j3 g5 X2 i5 O+ f* x# K

    1 L: P& j4 @5 J3 Y                for (size_t jj = 0; jj < vec1.size(); jj++)* t7 D3 O: X) U% k! F  i
                    {$ Y0 R/ `. K  `4 n1 c% ]
                            b1[jj] = vec1[jj];
    7 p: a, K9 M6 S+ P                }
    + J5 j2 B7 \# F1 w- o2 Q* o2 F) Z# N5 t1 q' O8 P
                    for (size_t jj = 0; jj < vec2.size(); jj++)! V( c9 w3 H5 ~) p
                    {' ]- F0 ?; B. _
                            b2[jj] = vec2[jj];: g% h  Q; X2 s. L* C& r5 n
                    }* \1 x. E, W( M! c: x$ p8 U5 K/ d
    4 R: y6 D  Q: I) }) g
                    //Method - 1  N=100000 247s  & o! R( c- G0 r. D7 d, z) b9 Z
                    //fresult = inner_product(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), 0);
    & X, N! }& N/ C# T                                / b7 q3 U( X( T
                    //Method - 2  N=100000  237s
    ; z# F+ }) g6 P                /*
    + Y4 v/ S- G: s* C8 W                for (int jj = 0; jj < N ; jj++). R, X7 h0 E- \) o& I# R  d7 X
                    {
    0 A- r2 p5 _6 m; }2 X2 I                        fresult += vec1[jj] * vec2[jj];6 }6 _1 Q2 J3 z$ F' |; N. {" b( s
                    }
    0 a, M; r- m5 e' f, }                */  l1 f0 n! s- o7 K3 d% A
                                    
    2 m) Y2 H+ c7 A4 X9 F                //Method - 3  N=100000 204s$ L  L- _' O; P
                    /*
    & T. f0 z2 [7 g8 f- I, j6 x4 ~8 z                for (int jj = 0; jj < N; jj++)! |9 o  g6 J: G7 q$ t2 @
                    {
    & i( ~4 ^. O, x  }                        fresult += b1[jj] * b2[jj];/ N5 l9 G" S& V6 C4 d, F/ W  {
                    }* y) r) ]3 w" k
                    */! Y( p" m! U' ^1 G7 q4 S% K- @/ I
    2 O  n, G" I. T) j
                    //Method - 4   202s4 Z! X0 N2 o5 I; Q. ^) A& \
                    /*3 U  r0 I) D5 M: ?
                    for (int jj = 0; jj < N; jj++)( \, T, K  M$ r$ x0 m
                    {
    $ O6 A! I* W8 L/ e1 H# H6 t# }8 z                        
    + b" l7 ^2 ~, c4 G4 v7 P7 K                }
    ; E! T3 p% J& `4 y6 U( ?8 y                */
    # {* x4 p! n. N. W' Q                //comment out all methods, N=100000  202s               
      X5 X4 W& ^+ b7 F% s2 d9 i        }
    3 F0 u# U8 s- k* Y9 U8 B- V
    4 a$ l3 y1 H1 d: z3 p        delete []b1;
    ! Q( W' t* y5 u        delete []b2;
    2 d4 _  L7 ^, w( {7 W( c/ d5 h# U
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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

    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?1 @& [- z# H4 K% ~  w, L, @
    3 |4 q! v- `8 M) k
    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?; w  M& [8 `2 ~( @+ r
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  • TA的每日心情

    2025-9-22 22:19
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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 00:15
    7 B. y# l. I$ x$ m3 z7 L: ]' }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?. S+ Q: ~2 N, i4 p8 f
    2 a. A" G7 C1 z; |
    你第二个试验里面的j在循环里面又重新定义 ...

    . |9 J& k0 m6 d" q0 N3 H$ L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* H" Q7 `3 f. }) S- C
    " i) S' V, Z) y# K9 _2 e' u
    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# O  t; d& {4 k% |
    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) Q' I7 `/ I8 O4 e0 k. Q% m
    7 k% t; T- M) c! U% v
    不和它 ...
    # s) K1 Z9 X! L
    6 a0 [; d" \: n2 j( e
    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。' V3 Z" o6 F, g* D- p! t0 d
    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+ q" w: R) J3 ^9 W
    void xcorr(comp* outcomp, comp* A, int lenA, comp* B, int lenB)
    7 Q6 y# g; V2 x# R& M( c{6 ?# n5 p0 C: {) e
            comp temp, xtimesy;
    * `: Z9 Y. Z" k, a7 o+ b" ?
    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。
    ! P/ g+ z! Y) U. N' K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?) y1 t" w+ G0 a0 [
    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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