比较运算符性能 <= 对 !=

Question

让我们从说明代码可读性胜过微优化开始，我们宁愿把它留给编译器。这只是一个奇怪的案例，其中的细节似乎对一般性建议很有趣

所以我在搞乱一个素数生成器函数，并想出了一个奇怪的行为，其中“！=”人们认为是最有效的，实际上效率最低，而“

C#

private static void Main(string[] args) {
  long totalTicks = 0;
  for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    var stopWatch = Stopwatch.StartNew();
    PrintPrimes(15000);
    totalTicks += stopWatch.ElapsedTicks;
  }
  Console.WriteLine("\n\n\n\nTick Average: {0}", totalTicks / 100);
  Console.Read();
}

private static void PrintPrimes(int numberRequired) {
  if (numberRequired < 1)
    return;
  Console.Write("{0}\t", 2);
  int primeTest = 3;
  /****** UPDATE NEXT TWO LINES TO TEST FOR != *****/
  int numPrimes = 2;  // set numPrimes = 1 for !=
  while (numPrimes <= numberRequired) {  // switch <= to !=
    if (IsPrime(primeTest)) {
      Console.Write("{0}\t", primeTest);
      ++numPrimes;
    }
    primeTest += 2;
  }
}

private static bool IsPrime(int test) {
  for (int i = 3; i * i <= test; i = 2 + i)
    if (test % i == 0)
      return false;
  return true;
}

输出：

<= 1319991
!= 1321251

在 C++ 中类似（在不同的机器上）

include <cstddef>
#include <limits>

int main() {
  for(size_t i(0) ; i <= 10000000000 ; ++i);
}

输出：

<=

real        0m16.538s
user        0m16.460s
sys        0m0.000s
~ [master] $ vim d.cc

!=

real        0m16.860s
user        0m16.780s
sys        0m0.000s

循环运行相同的次数。 <= 是否有任何不适用于 != 的优化，或者是一些奇怪的 cpu 行为？

Answer 1

假设结果是相同的迭代次数，那么存在差异是没有意义的。

如果我们假设它是 x86 处理器，!= 会变成 jne（或 je，取决于“它是”或“它不是”跳到哪一侧 [1]）。 <= 将执行 jle 或 jgt 取决于循环的方式。虽然指令不同，但其他处理器具有相同类型的指令。

我怀疑您有测量错误。 16 秒中小于 0.2 秒的差异并不是很大的差异，您可能只是在那个时候有更多的网络数据包、硬盘中断或一些后台进程在运行。

[1] 例如，具有一组固定迭代的for 循环通常只有一个“如果不是真的，则跳转到循环的开头”，这同样适用于while 循环。

我刚刚在我的机器上运行了这个：

bool IsPrime(int test) {
  for (int i = 3; i * i <= test; i = 2 + i)
    if (test % i == 0)
      return false;
  return true;
}

void PrintPrimes(int numberRequired) {
  if (numberRequired < 1)
    return;
  int primeTest = 3;
  /****** UPDATE NEXT TWO LINES TO TEST FOR != *****/
  int numPrimes = 2;  // set numPrimes = 1 for !=
  while (numPrimes != numberRequired) {  // switch <= to !=
    if (IsPrime(primeTest)) {
      ++numPrimes;
    }
    primeTest += 2;
  }
}

int  main() 
{
  long totalTicks = 0;
  for (int i = 0; i < 100; ++i) {
    PrintPrimes(15000);
  }
}

使用g++ -O3 primes.cpp 编译。在主循环中使用!= 和<= 之间的区别并不明显。 != 最快的时间是 3.326s，<= 是 3.329，!= 最慢的时间是 3.332，<= 是 3.335s。之前在我的机器上运行过许多基准测试，我知道毫秒数字没有意义，所以我会说两者都需要 3.33 秒。

只是为了确认：

--- primesne.s  2013-04-30 23:52:10.840513380 +0100
+++ primesle.s  2013-04-30 23:52:35.457639603 +0100
@@ -46,7 +46,7 @@
 .L3:
    addl    $2, %esi
    cmpl    $15000, %edi
-   jne .L10
+   jle .L10
    subl    $1, %r9d
    jne .L2
    xorl    %eax, %eax

“不等于”和“小于或等于”之间的全部区别在于 jne 与 jle 指令 - 这是代码的两个变体的 g++ 的汇编器输出 - 那就是来自diff 的全部输出。