在没有 FPU 的设备上使用 C++ 中的定点算法的好处答案

【问题标题】：Benefits of using fixed-point arithmetic in C++ for devices without FPU在没有 FPU 的设备上使用 C++ 中的定点算法的好处
【发布时间】：2012-05-25 10:21:58
【问题描述】：

我想针对缺少浮点单元的 ARM 设备优化我的 C++ 代码。我的大部分函数都使用浮点数，我正在考虑将它们更改为定点。

对于 ARM 设备是否有真正的好处，或者编译器是否足够聪明，可以自己做到这一点？

例如，这在 ARM 设备上会更有效吗

//unsigned char const* input
unsigned int a, b;
a= *input++ << 12; 
b= *input++ << 12; 
a*=1024;    //0.25 shifted 12 bits
b*=1024;    //0.25 shifted 12 bits
*output++ = (a+b) >> 24;

比做

float a,b;
a= *input++;
b= *input++;
a=a/4;
b=a/4;
*output++ = a+b;

【问题讨论】：

GCC 据称有 fixed point arithmetic 作为扩展名。

标签： c++ optimization arm fixed-point

【解决方案1】：

我在 gp2x 手持设备上进行了一些编码，该设备具有 200Mhz 的 ARM 处理器。我在做 3D 图形，使用浮点数进行数学运算肯定会太慢。

即使仅对每个顶点计算使用浮点数学，其性能也比使用定点要慢得多。这是编译器使用浮点仿真库的“soft-fp”。当让内核处理浮点仿真时，性能会更加糟糕。

我开发了一个 C++ Fixed Point Libray，它提供了一个带有重载运算符的类，人们可以使用它来代替浮点数。

【讨论】：

【解决方案2】：

不，编译器肯定不会将浮点运算转换为定点运算，因为语义有很大不同。浮点数的范围更大，它们支持 NaN 和无穷大，并且舍入行为完全不同。

因此，如果您的目标处理器没有 FPU，那么您肯定会看到使用定点的巨大好处（如果这些计算占您运行时间的很大一部分）。不过，您必须处理与定点相关的所有日常事务。

【讨论】：

【解决方案3】：

我不能专门为 ARM 代码说话，但模拟浮点并不便宜。有前导 1 检测、动态移位、舍入和特殊情况处理（NaN、inf 等）。这与您那里的定点代码完全不同。

【讨论】：

【解决方案4】：

在浮点实际上不浮动的所有情况下，即使在具有 FPU 的设备上，定点通常更有效。例如，如果您使用长整数来表示最接近毫米的空间。节省通常体现在计算速度、需要双精度而不是浮点数的空间来获得与长距离相同的毫米范围，以及可以避免使用 sprintf 等功能的输出......

所以是的，固定点在许多情况下都有意义。

【讨论】：