在 C 中的循环中获取特定代码部分的时序

Question

问题描述

下面我有一个程序正在执行两个简单的加法和乘法运算。然后，我将这两个简单操作的总和存储在两个分别称为 total1 和 total2 的变量中。就计算而言，total2 将需要更多时间才能完全执行。按照我实现代码的方式，我目前正在对两个数学运算的整个模拟进行计时。

问题

是否可以单独计算 total1 和 total 2 的最终结果？我这样问是因为我希望以单独的方式获得 total1 和 total2 的具体时间。

任务目的

我完全意识到 long long 对内存来说是昂贵的，并且不是节省内存的最有效方法。此代码和问题的唯一目的是计时而不是代码优化。

C 代码

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main()
{

     long long total1 = 0, total2 = 0, i = 0;
     double simulation_time = 0;

     clock_t Start = clock();

     do
     {
          total1 += i + i; 
          total2 += i * i * i * i; 

          i++;

     } while (i < 1000000000);

     clock_t End = clock();

     printf("Total 1 = %u \n", total1);
     printf("Total 2 = %u \n", total2);

     simulation_time = (double)(End - Start) / CLOCKS_PER_SEC;
     printf("Runtime of Whole Simulation using clock_t: %f\n", simulation_time);


     return 0;
}

Answer 1

您有两个想要分别计时的操作。第一个是i+i的积累，第二个是i*i*i*i的积累。

我假设您在 x86-64 上使用 GCC 和 -O2。

如果我们注释掉total2，那么计算total1的生成程序集是：

  movabs rdx, 999999999000000000

聪明的编译器！它在编译时完成整个计算。所以那所花费的时间基本上是零。

如果我们改为注释掉 total1，则循环计算 total2 的程序集是：

.L2:
  mov rdx, rax
  imul rdx, rax       ; i squared
  add rax, 1
  imul rdx, rdx       ; i squared squared
  add rsi, rdx        ; accumulate
  cmp rax, 1000000000 ; loop condition
  jne .L2

与其尝试对单行代码进行微基准测试，我们可以参考 Agner Fog 的指令表：http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf

假设您使用的是 Intel Haswell，并手动进行了一些端口分配，表格告诉我们：

.L2:                  ; ports  cycles  latency
  mov rdx, rax        ; p0     0.25    1
  imul rdx, rax       ; p1     1       3
  add rax, 1          ; p0     0.25    1
  imul rdx, rdx       ; p1     1       3
  add rsi, rdx        ; p0     0.25    1
  cmp rax, 1000000000 ; p5     0.25    1
  jne .L2             ; p6     1-2

其中一些指令可能会重叠，因此每次迭代大约需要 3-4 个核心周期。在 3-4 GHz 处理器上，执行 10 亿次循环迭代大约需要 1 秒。

Answer 2

我不确定我是否理解您的问题，但要分别为每个操作计时，您只需创建两个单独的循环。

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main()
{
    long long total1 = 0, total2 = 0, i = 0, j = 1000000000;
    double simulation_time1, simulation_time2;
    clock_t Start, End;

    /* addition */
    Start = clock();
    do
    {
         total1 += i + i;
         i++;
    } while (i < j);
    End = clock();
    simulation_time1 = (double)(End - Start) / CLOCKS_PER_SEC;

    /* multiplication */
    Start = clock();
    do
    {
         total2 += i * i * i * i;
         i++;
    } while (i < j);
    End = clock();
    simulation_time2 = (double)(End - Start) / CLOCKS_PER_SEC;

    printf("Total 1 = %u \n", total1);
    printf("Total 2 = %u \n", total2);
    printf("Runtime of Whole Simulation: %f\n"
        "Runtime of Addition:         %f\n"
        "Runtime of Multiplication:   %f\n",
        simulation_time1 + simulation_time2,
        simulation_time1, simulation_time2);

    return 0;
}