【发布时间】：2020-07-20 00:12:16
【问题描述】：
我正在编写一个程序，该程序使用大整数数组进行操作并执行基本操作。 我担心我的代码的性能。编译时它在 47 秒内执行：
gcc -Ofast -funroll-all-loops -ftree-vectorize -fopt-info-vec -g -lm $1 -o ${2}.Ofast
我认为解决问题的关键是将数组的数据类型更改为unsigned long long，但是当我这样做时结果不同。
欢迎任何建议，即使它改变了我的整个程序或数据类型，只要它不改变我的程序的结果。
另外，我已经能够看到我的性能问题主要出在LongNumAddition 和LongNumAddDigit 函数中，我该如何改进我的代码？感谢您的关注。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <limits.h>
// Variable used to generate pseudo-random numbers
unsigned int seed;
unsigned int temp;
unsigned int var1 = 214013;
unsigned int var2 = 2531011;
#define val13 13
#define ten 10
// Function to generate pseudo-random numbers
inline int myRandom() {
temp = var1*seed;
seed = temp + var2;
return (seed>>val13);
}
void LongNumInit( uint8_t *L, size_t N )
{
for(size_t i = 0; i < N; ++i){
L[i] = myRandom() % 10;
}
}
void LongNumPrint( uint8_t *L, size_t N, uint8_t *Name )
{
printf("%s:", Name);
for ( size_t i=N; i>0;--i )
{
printf("%d", L[i-1]);
}
printf("\n");
}
void LongNumSet( uint8_t *L, size_t N){
memset(L,0,N);
}
void LongNumCopy( const uint8_t *Vin, uint8_t *Vout, size_t N )
{
memcpy(Vout,Vin,N);
}
uint8_t LongNumAddition( uint8_t *Vin1, uint8_t *Vin2,uint8_t *Vout, size_t N)
{
uint8_t CARRY = 0;
for ( size_t i=0; i< N; ++i )
{
Vout[i] = Vin1[i] + Vin2[i] + CARRY;
CARRY = (Vout[i] > 9);
if(CARRY){
Vout[i] -= ten;
}
}
return CARRY;
}
uint8_t LongNumAddDigit( uint8_t *V, uint8_t digit, size_t N )
{
size_t i=0;
V[0] += digit;
if ( V[0] < ten){
return 0;
}
V[0] -=ten;
// add carry, maybe iteratively for all digits
while ((++i < N) && (V[i] >= 9))
{
V[i] = 0;
}
if((i != N) && (V[i] < 9)){
V[i]++;
return 0;
}
return 1;
}
uint8_t LongNumHorizAdd( uint8_t *Vin, uint8_t *Vout, size_t N )
{
uint8_t CARRY = 0;
LongNumSet ( Vout, N);
for ( size_t i=0; i< N; ++i )
{
LongNumAddDigit ( Vout, Vin[i], N );
}
return 0; // CARRY can never be set
}
uint8_t LongNumConstMult( uint8_t *V, size_t N, uint8_t digit )
{
uint8_t CARRY = 0;
for ( size_t i=0; i< N; ++i )
{
V[i] = V[i] * digit + CARRY;
CARRY = ((u_int32_t)V[i] * (u_int32_t)0xCCCD) >> 19;
V[i] -= (CARRY << 3) + (CARRY << 1);
}
return CARRY; // may be from 0 to 9
}
void LongNumMultiply( uint8_t *Vin1, uint8_t *Vin2, uint8_t *VoutH, uint8_t *VoutL, size_t N)
{
// Create Temporal Long Integer with double size
uint8_t *TEMP = (uint8_t*) malloc(2*N*sizeof(uint8_t));
uint8_t *RES = (uint8_t*) malloc( 2*N*sizeof(uint8_t));
LongNumSet ( RES, 2*N); // Set RES to 0
for ( size_t i=0; i<N; ++i )
{
LongNumSet ( TEMP, 2*N); // Set TEMP to 0
LongNumCopy ( Vin1, TEMP+i, N ); // Copy Vin1 -> TEMP, with offset i
LongNumConstMult( TEMP, 2*N, Vin2[i] ); // TEMP * Vin2[i] -> TEMP
LongNumAddition ( TEMP, RES, RES, 2*N ); // TEMP + RES -> RES
}
// Result goes to VoutH-VoutL
LongNumCopy ( RES, VoutL, N ); // Copy RES -> VoutL
LongNumCopy ( RES+N, VoutH, N ); // Copy RES+N -> VoutH
}
int main (int argc, char **argv)
{
int i, sum1, sum2, sum3, N=10000, Rep=50;
seed = 12345;
// obtain parameters at run time
if (argc>1) { N = atoi(argv[1]); }
if (argc>2) { Rep = atoi(argv[2]); }
printf("Challenge #3: Vector size is %d. Repeat %d times\n", N, Rep);
// Create Long Nums
unsigned char *V1= (unsigned char*) malloc( N*sizeof(unsigned char) );
unsigned char *V2= (unsigned char*) malloc( N*sizeof(unsigned char) );
unsigned char *V3= (unsigned char*) malloc( N*sizeof(unsigned char) );
unsigned char *V4= (unsigned char*) malloc( N*sizeof(unsigned char) );
LongNumInit ( V1, N ); LongNumInit ( V2, N ); LongNumInit ( V3, N );
// Repeat
for (i=0; i<Rep; i++)
{
LongNumAddition ( V1, V2, V4, N );
LongNumMultiply ( V3, V4, V2, V1, N );
LongNumHorizAdd ( V1, V2, N );
LongNumAddDigit ( V3, V2[0], N );
}
// Print last 32 digits of Long Numbers
LongNumPrint( V1, 32, "V1" );
LongNumPrint( V2, 32, "V2" );
LongNumPrint( V3, 32, "V3" );
LongNumPrint( V4, 32, "V4" );
free(V1); free(V2); free(V3); free(V4);
return 0;
}
【问题讨论】：
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这是一种广泛的方式。使用分析器找出最耗时的部分，然后专注于该部分。另外，正确缩进你的代码。没关系，但发帖时应该会更好看。
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请注意，
-ffast-math仅影响您的程序不使用的浮点数。 -
这个问题是 stackoverflow.com/questions/61062060/… 的超集，它有未解决的 cmets。请在开始下一个问题之前解决这些问题（基本上是相同的问题）。
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您可能会注意到
LongNumMultiply()分配的内存既没有返回给调用函数也没有释放——它泄漏了！您使用LongNumAdd()的代码会忽略进位；通常，您会给出错误的答案（尽管并非总是如此）。坚持这两个数字具有相同的长度很奇怪——将3乘以300,000,000,000并非不合理，但将3强制为12 位数字并不明显。使用表征每个数字的结构可能会更好——这可能包括分配的长度和活动长度，也许还有一个符号（你如何处理负数）？ -
如果代码有效并且您只是在寻找一般性能优化，那么codereview.stackexchange.com 是一个更好的询问网站。
标签： c performance vectorization biginteger processing-efficiency