基于第三个整数的符号快速加/减两个整数答案

【问题标题】：Fast add/subtract two integers based on sign of third integer基于第三个整数的符号快速加/减两个整数
【发布时间】：2021-02-16 15:42:29
【问题描述】：

我正在寻找一种快速（无分支）代码来计算以下内容：

if ( k > 0 )
    x += i;
else if ( k < 0 )
    x -= i;
else if ( k == 0 ) 
    // do nothing.

其中k、x 和i 属于int 类型。

解决方案可以使用内在函数。

【问题讨论】：

你破坏了编译器为此生成的低效代码？
你怎么知道它不是无分支的？
user2052436，使用x += signof(k)*i; 的方法在i == INT_MIN, k < 0 时会遭受潜在的UB。你关心这个角落案例吗？
这个问题和目前发布的所有答案都是胡乱猜测。在不显示为某些 CPU 生成的机器代码的情况下讨论这个是毫无意义的。
@Lundin 像这样的微优化问题的本质是没有单一的最佳答案。您唯一能做的就是收集许多不同的方法，并在您自己的最终配置中对它们进行基准测试。问题中已经有一个假设，即无分支会更快，但这也不是给定的。

标签： c++ c algorithm

【解决方案1】：

除了 INT_MIN 之外，以下应该在 C++11 中工作

x += (std::signbit(-k)-std::signbit(k))*i;

以下应该适用于所有情况，包括 INT_MIN - 如果 long 比 int 长：

x += (std::signbit(-(long)k)-std::signbit(k))*i;

添加：在许多编译器内部，std::signbit 被转换为简单的移位操作，它应该是无分支且快速的。

【讨论】：

【解决方案2】：

x = x + i*(k>0) - i*(k<0);

但是，老实说，考虑到现代编译器的许多优化可能性，我不会用代码的清晰度来换取据称更快的代码。例如，对于 x86 平台，MMX 和 SSE 单元可以在没有分支的情况下执行此操作。

【讨论】：

【解决方案3】：

只是为了好玩，我提出这个：

using opType = void(*)(int&, int);
const opType ops[3] =
{
    [](int&  , int  ){ },
    [](int& x, int i){ x += i; },
    [](int& x, int i){ x -= i; }
};

auto f = ops[int(k > 0) + (2 * int(k < 0))];
f(x, i);

Live Demo

显然，仅使用数学的其他解决方案会更有效:) 但是，如果您想根据 k 进行更复杂的操作，这为您提供了一些选择。

【讨论】：

现在我很想看到这个组件：)
哦，我实际上并没有要求链接，但谢谢 :) 嗯，即使在 O3 似乎也有没有得到优化的跳转。并不是说我擅长阅读汇编。

【解决方案4】：

尝试查看汇编语言：

if (k != 0)
{
    const int multiplier = (k > 0) ? 1 : -1;
    x += (multiplier) * i;
}

某些处理器可能具有仅根据条件代码执行的条件指令（如 ARM）。

查看编译器打印的汇编代码。

编辑 1：性能问题
许多现代处理器的指令缓存中有足够的空间来有效地处理上述代码。对于处理器的分支决策电路，比较应该很快。

Profile 或 Benchmark 在对代码必须是一行做出任何判断之前。

【讨论】：

【解决方案5】：

这个answer 展示了一种快速、无分支的计算值符号的方法。假设这是正确的，你可以这样写：

x += i * ((0 < k) - (k < 0))

【讨论】：

这在很大程度上取决于编译器是否具有评估0 < k 和k < 0 的无分支方式。
@MarkRansom 不能确定。链接的答案声称它是无分支的，我只是在此基础上构建。现在措辞更好了吗？

【解决方案6】：

试试这个：

int sign = !!k - !!(k & INT_MIN) * 2;
x += i * sign;

这假定整数的二进制补码表示，导致INT_MIN 仅设置了高位。

【讨论】：

@MarkRansom 添加了假设。
值得注意的是，从 C++20 开始，这个假设得到了保证。
@eerorika C++20 是否强制要求二进制补码整数表示？这真是一个飞跃。在过去，他们总是试图适应奇怪的架构。
@MarkRansom 他们做到了。我不知道其他拱门是否有 C++20 实现，但如果他们想符合要求，他们将不得不模拟二进制补码。
为什么不用~INT_MAX 替换INT_MIN 而忘记它是否是二进制补码？

【解决方案7】：

这是一个无分支的解决方案，但时间会因您的环境而异。它不应该超过 0.005 秒，所以我认为这不是问题。

k>0?x+=i:k<0?x-=i:0

【讨论】：

三元运算符类似于分支或if 语句。

【解决方案8】：

您似乎期望“无分支”的代码可以衡量且重要的是“更快”？启用最大优化设置后，您的编译器现在生成的指令序列到底是什么？然后您是否分析该代码以确认它不够快？

【讨论】：

虽然这是一个公平的问题，但我觉得这更像是一个评论而不是一个答案。

【解决方案9】：

只需使用良好的优化设置编译您的代码，反汇编您的代码，然后查看结果。然后更改您的代码，直到反汇编显示您想要的。您有可能已经获得了无分支代码。如果你写的话会有更好的机会

if ( k > 0 )
    x += i;
if ( k < 0 )
    x -= i;

因为中间的 else 使得编译器更难避免分支。

【讨论】：