[讨论]浮点运算展开的问题，效率提高比我想象的还多

jeanlove

测试浮点数的加法，用下面两个小程序
>cat t.c  这个程序没有优化
int main(void){
double a=0.1f,sum=0.0f;
int i;
for(i=0;i<1024000000;++i){
sum+=a;
}
}
>gcc t.c
>time a.out
real 0m1.363s
user 0m1.152s
sys 0m0.032s
--------------------------------
然后一个优化的版本
>cat t2.c
int main(void){
double a=0.1f,sum,sum1,sum2,sum3,sum4;
sum=sum1=sum2=sum3=sum4=0.0f;
int i;
for(i=0;i<250000000;i++){
sum1+=a;
sum2+=a;
sum3+=a;
sum4+=a;
}
sum+=sum1;
sum+=sum2;
sum+=sum3;
sum+=sum4;
}
>gcc t2.c -o a.out.fast
>time ./a.out.fast
real 0m0.273s
user 0m0.0216s
sys 0m0.016s
--------------------------------
这个数字让我很惊讶，我原本认为用4路标量优化这个浮点加法，性能的提高应该是<4的才对，而现在确>4
看起来t.c里面1024M次比较，自增和加法。t2.c里面256M次比较和自增，1024M次加法，速度提高不应该超过4倍的。只运行一条指令，浮点加法运算比自增和比较耗时更多吧?

好像这个优化方法有点无敌了，但是自己又无法解释。
想听听各位大虾的高见，我这里抛砖引玉了！

[ 本帖最后由 jeanlove 于 2008-10-23 10:27 编辑 ]

jeanlove

能解释一下上面这个现象么?
谢谢

reiase

贴汇编代码出来吧
gcc -S 生成汇编代码

system888net

1. 要注意说明测试的CPU
2. 浮点的运算是在FPU里进行的,而循环的代码是在CPU里运行的,进行的是整型的运算.

Godbach

测程序运行时间，用gprof可能效果更好

ssafa

硬件可能对浮点运算进行优化了

jeanlove

按照楼上dx说的，电脑的配置和汇编的结果都贴出来了。以前学汇编的时候没关注过浮点运算，还请指点。
-------------------------------------
computer: Dell D520 笔记本
cpu         : Intel core2duo 1.66G
mem       : 1G 667MHz
-------------------------------------
>cat t.s
        .file   "t.c"
        .section        .rodata
        .align 8
.LC0:
        .long   -1610612736
        .long   1069128089
        .text
.globl main
        .type   main, @function
main:
        leal    4(%esp), %ecx
        andl    $-16, %esp
        pushl   -4(%ecx)
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        pushl   %ecx
        subl    $36, %esp
        fldl    .LC0
        fstpl   -32(%ebp)
        fldz
        fstpl   -24(%ebp)
        movl    $0, -12(%ebp)
        jmp     .L2
.L3:
        fldl    -24(%ebp)
        faddl   -32(%ebp)
        fstpl   -24(%ebp)
        incl    -12(%ebp)
.L2:
        cmpl    $1023999999, -12(%ebp)
        jle     .L3
        addl    $36, %esp
        popl    %ecx
        popl    %ebp
        leal    -4(%ecx), %esp
        ret
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2 20061115 (prerelease) (Debian 4.1.1-21)"        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits
------------------------------
>cat t2.s
        .file   "t2.c"
        .section        .rodata
        .align 8
.LC0:
        .long   -1610612736
        .long   1069128089
        .text
.globl main
        .type   main, @function
main:
        leal    4(%esp), %ecx
        andl    $-16, %esp
        pushl   -4(%ecx)
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        pushl   %ecx
        subl    $52, %esp
        fldl    .LC0
        fstpl   -56(%ebp)
        fldz
        fstpl   -24(%ebp)
        fldl    -24(%ebp)
        fstpl   -32(%ebp)
        fldl    -32(%ebp)
        fstpl   -40(%ebp)
        fldl    -40(%ebp)
        fstpl   -48(%ebp)
        movl    $0, -12(%ebp)
        jmp     .L2
.L3:
        fldl    -48(%ebp)
        faddl   -56(%ebp)
        fstpl   -48(%ebp)
        incl    -12(%ebp)
.L2:
        cmpl    $255999999, -12(%ebp)
        jle     .L3
        fldl    -40(%ebp)
        faddl   -56(%ebp)
        fstpl   -40(%ebp)
        fldl    -32(%ebp)
        faddl   -56(%ebp)
        fstpl   -32(%ebp)
        fldl    -24(%ebp)
        faddl   -56(%ebp)
        fstpl   -24(%ebp)
        addl    $52, %esp
        popl    %ecx
        popl    %ebp
        leal    -4(%ecx), %esp
        ret
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2 20061115 (prerelease) (Debian 4.1.1-21)"        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

[ 本帖最后由 jeanlove 于 2008-10-23 10:21 编辑 ]

jeanlove

从汇编的结果来看，我的for循环里面的内容虽然不一样，但是.L3得到的内容却是一样的
for(i=0;i<1024000000;++i){
sum+=a;
}
和
for(i=0;i<250000000;i++){
sum1+=a;
sum2+=a;
sum3+=a;
sum4+=a;
}
似乎都是对应着.L3的一次浮点运算
.L3:
        fldl    -24(%ebp)
        faddl   -32(%ebp)
        fstpl   -24(%ebp)
        incl    -12(%ebp)
和
.L3:
        fldl    -48(%ebp)
        faddl   -56(%ebp)
        fstpl   -48(%ebp)
        incl    -12(%ebp)
奇怪了，难道第二个for里面的4次浮点加法，其实只做了一个? 没道理啊

jeanlove

奇怪:第二个for里面的4次浮点加法，其实只做了一个?

还请大虾给个解释啊！在线等！

312-pirl0

我感觉效率变高主要是由于循环次数的减少，不知道对不对。