对 64 位整数进行按位运算的成本是否与 8 位整数相同？答案

【问题标题】：Is the cost of bitwise operations on 64-bit integers the same as 8-bit integers?对 64 位整数进行按位运算的成本是否与 8 位整数相同？
【发布时间】：2015-02-17 05:06:27
【问题描述】：

我的代码涉及对一个巨大的整数数组进行按位运算。如果理解正确，64 位计算机在一个时钟周期内对 64 位整数进行计算。如果我正在执行 8 位整数按位运算，它仍然会消耗 1 个时钟周期。如果我做 8 个 8 位整数运算，它将消耗 8 个时钟周期。知道我可以将八个 8 位整数放入一个 64 位整数中，并对 64 位整数进行按位运算，我会消耗 1 个时钟周期而不是 8 个时钟周期吗？

【问题讨论】：

很有可能，对 64 位字的操作会执行得更好，但如果您对整个数组的操作性能很重要，您需要衡量可能的方法。
无法保证每个 64b 处理器都会在单个时钟周期内对 64b 整数进行任何按位操作。但是，对小于 64b 的值（例如 - 32b、8b 等）进行操作很可能会使用与对 64b 值相同的操作来完成——但它是否真的取决于处理器。

标签： c optimization 64-bit bit-manipulation rust

【解决方案1】：

即使在 64 位机器上，64 位操作所占用的时钟周期数也不能保证为 1，但显然处理器不知道 64 位值是代表一个 64 位还是八个 8 位整数，因此按位运算本身对于这两种情况都一样快。 这部分代码几乎肯定会在单个 64 位值上表现得更好，因为 64 位处理器可能在 64 位（或至少 32 位）数量上工作，即使您对较小的变量进行运算。

程序的整体性能很大程度上取决于您需要在 8 位和 64 位数据之间转换的频率；存储在 64 位整数数组中的单个 8 位整数的典型索引类似于(a[i / 8] >> ((i % 8) * 8)) & 0xFF - 所以至少在 C 方面†如果经常这样做会增加复杂性，但如果你的大部分操作都是对数组的所有元素重复，那么 64 位解决方案很可能会获胜（请记住，编译器在处理 8 位变量时可能必须生成类似的掩码）。

† 您可能希望查看生成的汇编程序以验证实际复杂性，根据指令集的不同，它可能看起来完全不同……

【讨论】：

【解决方案2】：

准备好通过矢量化操作获得超快的速度：使用 SSE2 或 AVX2 内在函数，您可以一次处理 128 或 256 位（_m128i _mm_and_si128、_mm256_and_si256 和类似的）。即将推出的 AVX512 扩展将允许一次 512 位！

【讨论】：