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c++ - 为什么随机额外代码可以提高性能？

coder 2023-06-02 原文 

Struct Node {
    Node *N[SIZE];
    int value;
};

struct Trie {
    Node *root;

    Node* findNode(Key *key) {
        Node *C = &root;
        char u;
        while (1) {
            u = key->next();
            if (u < 0) return C;
         // if (C->N[0] == C->N[0]); // this line will speed up execution significantly
            C = C->N[u];
            if (C == 0) return 0;
        }
    }
    void addNode(Key *key, int value){...};
};

在前缀树(又名 Trie)的这个实现中，我发现 90% 的 findNode() 执行时间是由单个操作 C=C->N[u] ;

为了加快这段代码的速度，我随机添加了上面截图中注释的行，代码速度提高了 30%!这是为什么呢？

更新

这是完整的程序。

#include "stdio.h"
#include "sys/time.h"

long time1000() {
  timeval val;
  gettimeofday(&val, 0);
  val.tv_sec &= 0xffff;
  return val.tv_sec * 1000 + val.tv_usec / 1000;
}

struct BitScanner {
    void *p; 
    int count, pos;
    BitScanner (void *p, int count) {
        this->p = p;
        this->count = count;
        pos = 0;
    }
    int next() {
        int bpos = pos >> 1;
        if (bpos >= count) return -1;
        unsigned char b = ((unsigned char*)p)[bpos];
        if (pos++ & 1) return (b >>= 4);
        return b & 0xf;
    }

};

struct Node {
    Node *N[16];
    __int64_t value;
    Node() : N(), value(-1) { }
};

struct Trie16 {
    Node root;

    bool add(void *key, int count, __int64_t value) {
        Node *C = &root;
        BitScanner B(key, count);
        while (true) {
            int u = B.next();
            if (u < 0) {
                if (C->value == -1) {
                    C->value = value;
                    return true; // value added
                }
                C->value = value;
                return false; // value replaced
            }
            Node *Q = C->N[u];
            if (Q) {
                C = Q;
            } else {
                C = C->N[u] = new Node;
            }
        }
    }

    Node* findNode(void *key, int count) {
        Node *C = &root;
        BitScanner B(key, count);
        while (true) {
            char u = B.next();
            if (u < 0) return C;
//          if (C->N[0] == C->N[1]);
            C = C->N[0+u];
            if (C == 0) return 0;
        }
    }
};

int main() {
    int T = time1000();
    Trie16 trie;
    __int64_t STEPS = 100000, STEP = 500000000, key;
    key = 0;
    for (int i = 0; i < STEPS; i++) {
        key += STEP;
        bool ok = trie.add(&key, 8, key+222);
    }
    printf("insert time:%i\n",time1000() - T); T = time1000();
    int err = 0;
    key = 0;
    for (int i = 0; i < STEPS; i++) {
        key += STEP;
        Node *N = trie.findNode(&key, 8);
        if (N==0 || N->value != key+222) err++;
    }
    printf("find time:%i\n",time1000() - T); T = time1000();
    printf("errors:%i\n", err);
}

最佳答案

这在很大程度上是一个猜测，但从我读到的关于 CPU 数据预取器的内容来看，它只会在它看到对同一内存位置的多次访问并且该访问与预取触发器匹配时才会进行预取，例如看起来像扫描。在您的情况下，如果只有一次访问 C->N 预取器不会感兴趣，但是如果有多个并且它可以预测以后的访问将进一步进入相同的内存位可以使其预取多个缓存行。

如果发生上述情况，那么 C->N[u] 将不必等待内存从 RAM 到达，因此会更快。

关于c++ - 为什么随机额外代码可以提高性能？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/31449552/

amp43valueNodeintc++performancepointerstrie

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