如何在 DO 循环中优化 Fortran IF-ELSE？答案

【问题标题】：How to optimize Fortran IF-ELSE in DO loop?如何在 DO 循环中优化 Fortran IF-ELSE？
【发布时间】：2019-03-13 07:54:06
【问题描述】：

下面这个函数在我的程序中用得最多。

    CONTAINS
     SUBROUTINE Delta4(R,Del)
      REAL(DP), DIMENSION(:), INTENT(IN) :: R
      REAL(DP), DIMENSION(:), INTENT(OUT) ::  Del
      INTEGER(I4B)  :: i, j, r_n, c_n
      REAL(DP) :: ar
      !r_n=size(R,1);
      Del=0.0_dp
      do i=1,4; ar=ABS(R(i))
          if (ar <= 1.0_dp) then
            Del(i)=(3.0_dp-2.0_dp*ar+  &
              sqrt(1.0_dp+4.0_dp*ar-4.0_dp*ar*ar))*0.125_dp
          else !! if (1.0_dp < ar .and. ar <= 2.0_dp)  then
            Del(i)=(5.0_dp-2.0_dp*ar-  &
              sqrt(-7.0_dp+12.0_dp*ar-4.0_dp*ar*ar))*0.125_dp
          end if
      end do

R, Del：长度为4的向量

所以我想提高这个功能的速度。
据我所知，if-else 分支很慢。此外，它处于do循环中。如何优化它？

【问题讨论】：

我添加了一个有趣的改进。
你说 if-else 分支很慢：你做了什么测量？不衡量就优化是没有意义的！
对不起弗朗索瓦，你是对的。我认为 if-else 很慢，因为它是条件语句。

标签： performance if-statement optimization fortran do-loops

【解决方案1】：

IMO 对这个函数几乎没有什么好处，它本质上是一堆算术运算。

您可以在其他常量中吸收*0.125_dp。

更好的是，您可以将计算重写为（伪代码）

ar= 1 + 2 * ((ar > 1) - ar)
Del= (2 + ar + sqrt(1 - ar * ar)) * 0.125

这假设隐式转换 .false. 到 0 和 .true. 到 1，这可能不适用于您的编译器。希望它被编译为无分支。

由于向量长度只有四，您可以完全展开循环（但也许编译器已经这样做了）。

我敢打赌，这不会产生明显的影响。

为了提高性能，您应该从更全局的角度审查代码，并可能考虑并行化。

更新：

正如@kvantour 所指出的，我放弃了更改符号。我们可以修复

i= 2 * (ar > 1) - 1
ar= i + 2 * (1 - ar)
Del= (2 + ar + i * sqrt(1 - ar * ar)) * 0.125

或者，

i= SIGN(1, ar - 1)

如果结果证明是有效的。

【讨论】：

请注意，其中一个 sqrt 中有一个减号。
@kvantour：哎呀，是的。修复。