同时将所有结构元素与标量相乘答案

【问题标题】：Simultaneously multiply all struct-elements with a scalar同时将所有结构元素与标量相乘
【发布时间】：2015-04-17 02:25:58
【问题描述】：

我有一个表示向量的结构。该向量由两个单字节整数组成。我使用它们将值保持在 0 到 255 之间。

typedef uint8_T unsigned char;

struct Vector
{
  uint8_T x;
  uint8_T y;
};

现在，我的程序中的主要用例是将向量的两个元素与一个 32 位浮点值相乘：

typedef real32_T float;

Vector Vector::operator * ( const real32_T f ) const {
  return Vector( (uint8_T)(x * f), (uint8_T)(y * f) );
};

这需要经常执行。有没有办法可以同时执行这两个乘法？也许通过矢量化、SSE 或类似方法？或者 Visual Studio 编译器是否已经同时执行此操作？

另一个用例是在两个向量之间进行插值。

Vector Vector::interpolate(const Vector& rhs, real32_T z) const
{
  return Vector(
        (uint8_T)(x + z * (rhs.x - x)),
        (uint8_T)(y + z * (rhs.y - y))
        );
}

这已经使用了优化的插值方法 (https://stackoverflow.com/a/4353537/871495)。

但是向量的值再次乘以相同的标量值。是否有可能提高这些操作的性能？

谢谢

（我正在使用带有 64 位编译器的 Visual Studio 2010）

【问题讨论】：

为什么不进行优化编译，然后分析代码。如果这不是问题，那就没有意义了。
我确信编译器已经为你做了这个。
好的，谢谢。我知道这部分会减慢我的程序，但如果没有优化它的潜力，那么我必须查看我的代码的其他部分。

标签： c++ vectorization sse simultaneous vector-multiplication

【解决方案1】：

根据我的经验，Visual Studio（尤其是像 VS2010 这样的旧版本）本身并没有做很多矢量化。他们在较新的版本中对其进行了改进，因此如果可以的话，您可能会看看编译器的更改是否会加快您的代码速度。

根据使用这些函数的代码和编译器所做的优化，甚至可能不是计算会减慢程序的速度。函数调用和缓存未命中可能会造成更大的伤害。

您可以尝试以下方法：

如果尚未完成，请在头文件中定义函数，以便编译器可以内联它们
如果您在紧密循环中使用这些函数，请尝试在不调用任何函数的情况下“手动”进行计算（暂时公开变量），看看它是否会产生速度差异）
如果您有很多向量，请查看它们在内存中的布局方式。将它们连续存储以最大限度地减少缓存未命中。
要使 SSE 工作得非常好，您必须同时使用 4 个值 - 因此将 2 个向量与 2 个浮点数相乘。在循环中，使用步长 2 并编写一个静态函数，该函数使用 SSE 指令一次计算 2 个向量。由于您的向量未对齐（几乎不会与 8 位变量对齐），因此代码的运行速度甚至可能比您现在的要慢，但值得一试。
如果适用，并且如果您不依赖从 float 到 uint8_t 的铸件发生的夹紧（例如，如果您的浮点数在 [0,1] 范围内），请尝试在任何地方使用 float。这可以让编译器做更好的优化。

【讨论】：

谢谢。大多数答案指出，从 int 到 float 的转换可能很慢。我没有使用 floata 因为我不需要它们的精度。但我没有内存消耗问题。我将首先尝试一下，因为它很容易实现。

【解决方案2】：

您还没有展示完整的算法，但是整数和浮点数之间的转换是一个非常缓慢的操作。消除此操作并仅使用一种类型（如果可能，最好是整数）可以大大提高性能。

或者，您可以使用lrint() 进行转换，如here 所述。

【讨论】：