Toán tử ternary chậm gấp đôi khối if-other?


246

Tôi đọc ở khắp mọi nơi rằng toán tử ternary được cho là nhanh hơn, hoặc ít nhất là tương đương với, tương đương với nó if - elsekhối.

Tuy nhiên, tôi đã làm thử nghiệm sau đây và phát hiện ra không phải vậy:

Random r = new Random();
int[] array = new int[20000000];
for(int i = 0; i < array.Length; i++)
{
    array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
}
Array.Sort(array);

long value = 0;
DateTime begin = DateTime.UtcNow;

foreach (int i in array)
{
    if (i > 0)
    {
        value += 2;
    }
    else
    {
        value += 3;
    }
    // if-else block above takes on average 85 ms

    // OR I can use a ternary operator:
    // value += i > 0 ? 2 : 3; // takes 157 ms
}
DateTime end = DateTime.UtcNow;
MessageBox.Show("Measured time: " + (end-begin).TotalMilliseconds + " ms.\r\nResult = " + value.ToString());

Máy tính của tôi mất 85 ms để chạy mã ở trên. Nhưng nếu tôi bình luậnif - elsechunk và không chú ý đến dòng toán tử ternary, sẽ mất khoảng 157 ms.

Tại sao chuyện này đang xảy ra?


96
Điều đầu tiên cần khắc phục: không sử dụng DateTimeđể đo lường hiệu suất. Sử dụng Stopwatch. Tiếp theo, thời gian khá dài - đó là một thời gian rất ngắn để đo lường.
Jon Skeet

49
Sử dụng một hạt giống khi bạn tạo Randomđối tượng, để nó luôn đưa ra cùng một chuỗi. Nếu bạn kiểm tra mã khác nhau với dữ liệu khác nhau, bạn rất có thể thấy sự khác biệt về hiệu suất.
Guffa

12
Bạn cũng đã thử biên dịch / chạy nó trong chế độ phát hành với tối ưu hóa trình biên dịch được bật và không có trình gỡ lỗi được đính kèm chưa?
Chris Sinclair

7
@LarryOBrien: Thú vị. Tôi vừa thực hiện một thử nghiệm LINQPad nhanh chóng và nhận được kết quả rất khác nhau với mảng được sắp xếp hay không. Trong thực tế, với nó được sắp xếp, tôi tái tạo sự khác biệt về tốc độ được báo cáo. Loại bỏ các loại cũng loại bỏ sự khác biệt thời gian.
Chris Sinclair

39
Vấn đề ở đây là việc kiểm tra hiệu suất vi mô rất khó . Hầu như tất cả những điều bạn quan sát thấy trong kết quả của bạn đều liên quan đến lỗi trong mã kiểm tra của bạn, không phải là sự khác biệt trong mã có ý nghĩa. Khi bạn sửa những thứ được liệt kê ở đây, sẽ có nhiều hơn, tôi có thể đảm bảo với bạn. Đạo đức của câu chuyện, đừng bận tâm đến việc vi mô hóa hoặc cố gắng thử nghiệm chúng ngay từ đầu. Nếu mã thực sự khó đo thì có nghĩa là nó không đủ chậm để trở thành nút cổ chai; bỏ mặc nó.
Phục vụ

Câu trả lời:


376

Để trả lời câu hỏi này, chúng tôi sẽ kiểm tra mã lắp ráp được tạo bởi JIT X86 và X64 cho từng trường hợp này.

X86, nếu / thì

    32:                 foreach (int i in array)
0000007c 33 D2                xor         edx,edx 
0000007e 83 7E 04 00          cmp         dword ptr [esi+4],0 
00000082 7E 1C                jle         000000A0 
00000084 8B 44 96 08          mov         eax,dword ptr [esi+edx*4+8] 
    33:                 {
    34:                     if (i > 0)
00000088 85 C0                test        eax,eax 
0000008a 7E 08                jle         00000094 
    35:                     {
    36:                         value += 2;
0000008c 83 C3 02             add         ebx,2 
0000008f 83 D7 00             adc         edi,0 
00000092 EB 06                jmp         0000009A 
    37:                     }
    38:                     else
    39:                     {
    40:                         value += 3;
00000094 83 C3 03             add         ebx,3 
00000097 83 D7 00             adc         edi,0 
0000009a 42                   inc         edx 
    32:                 foreach (int i in array)
0000009b 39 56 04             cmp         dword ptr [esi+4],edx 
0000009e 7F E4                jg          00000084 
    30:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000a0 41                   inc         ecx 
000000a1 3B 4D F0             cmp         ecx,dword ptr [ebp-10h] 
000000a4 7C D6                jl          0000007C 

X86, chim nhạn

    59:                 foreach (int i in array)
00000075 33 F6                xor         esi,esi 
00000077 83 7F 04 00          cmp         dword ptr [edi+4],0 
0000007b 7E 2D                jle         000000AA 
0000007d 8B 44 B7 08          mov         eax,dword ptr [edi+esi*4+8] 
    60:                 {
    61:                     value += i > 0 ? 2 : 3;
00000081 85 C0                test        eax,eax 
00000083 7F 07                jg          0000008C 
00000085 BA 03 00 00 00       mov         edx,3 
0000008a EB 05                jmp         00000091 
0000008c BA 02 00 00 00       mov         edx,2 
00000091 8B C3                mov         eax,ebx 
00000093 8B 4D EC             mov         ecx,dword ptr [ebp-14h] 
00000096 8B DA                mov         ebx,edx 
00000098 C1 FB 1F             sar         ebx,1Fh 
0000009b 03 C2                add         eax,edx 
0000009d 13 CB                adc         ecx,ebx 
0000009f 89 4D EC             mov         dword ptr [ebp-14h],ecx 
000000a2 8B D8                mov         ebx,eax 
000000a4 46                   inc         esi 
    59:                 foreach (int i in array)
000000a5 39 77 04             cmp         dword ptr [edi+4],esi 
000000a8 7F D3                jg          0000007D 
    57:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000aa FF 45 E4             inc         dword ptr [ebp-1Ch] 
000000ad 8B 45 E4             mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch] 
000000b0 3B 45 F0             cmp         eax,dword ptr [ebp-10h] 
000000b3 7C C0                jl          00000075 

X64, nếu / thì

    32:                 foreach (int i in array)
00000059 4C 8B 4F 08          mov         r9,qword ptr [rdi+8] 
0000005d 0F 1F 00             nop         dword ptr [rax] 
00000060 45 85 C9             test        r9d,r9d 
00000063 7E 2B                jle         0000000000000090 
00000065 33 D2                xor         edx,edx 
00000067 45 33 C0             xor         r8d,r8d 
0000006a 4C 8B 57 08          mov         r10,qword ptr [rdi+8] 
0000006e 66 90                xchg        ax,ax 
00000070 42 8B 44 07 10       mov         eax,dword ptr [rdi+r8+10h] 
    33:                 {
    34:                     if (i > 0)
00000075 85 C0                test        eax,eax 
00000077 7E 07                jle         0000000000000080 
    35:                     {
    36:                         value += 2;
00000079 48 83 C5 02          add         rbp,2 
0000007d EB 05                jmp         0000000000000084 
0000007f 90                   nop 
    37:                     }
    38:                     else
    39:                     {
    40:                         value += 3;
00000080 48 83 C5 03          add         rbp,3 
00000084 FF C2                inc         edx 
00000086 49 83 C0 04          add         r8,4 
    32:                 foreach (int i in array)
0000008a 41 3B D2             cmp         edx,r10d 
0000008d 7C E1                jl          0000000000000070 
0000008f 90                   nop 
    30:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
00000090 FF C1                inc         ecx 
00000092 41 3B CC             cmp         ecx,r12d 
00000095 7C C9                jl          0000000000000060 

X64, chim nhạn

    59:                 foreach (int i in array)
00000044 4C 8B 4F 08          mov         r9,qword ptr [rdi+8] 
00000048 45 85 C9             test        r9d,r9d 
0000004b 7E 2F                jle         000000000000007C 
0000004d 45 33 C0             xor         r8d,r8d 
00000050 33 D2                xor         edx,edx 
00000052 4C 8B 57 08          mov         r10,qword ptr [rdi+8] 
00000056 8B 44 17 10          mov         eax,dword ptr [rdi+rdx+10h] 
    60:                 {
    61:                     value += i > 0 ? 2 : 3;
0000005a 85 C0                test        eax,eax 
0000005c 7F 07                jg          0000000000000065 
0000005e B8 03 00 00 00       mov         eax,3 
00000063 EB 05                jmp         000000000000006A 
00000065 B8 02 00 00 00       mov         eax,2 
0000006a 48 63 C0             movsxd      rax,eax 
0000006d 4C 03 E0             add         r12,rax 
00000070 41 FF C0             inc         r8d 
00000073 48 83 C2 04          add         rdx,4 
    59:                 foreach (int i in array)
00000077 45 3B C2             cmp         r8d,r10d 
0000007a 7C DA                jl          0000000000000056 
    57:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
0000007c FF C1                inc         ecx 
0000007e 3B CD                cmp         ecx,ebp 
00000080 7C C6                jl          0000000000000048 

Đầu tiên: tại sao là mã X86 rất nhiều chậm hơn so với X64?

Điều này là do các đặc điểm sau của mã:

  1. X64 có sẵn một số thanh ghi bổ sung và mỗi thanh ghi là 64 bit. Điều này cho phép X64 JIT thực hiện hoàn toàn vòng lặp bên trong bằng cách sử dụng các thanh ghi ngoài việc tải itừ mảng, trong khi X86 JIT đặt một số hoạt động ngăn xếp (truy cập bộ nhớ) trong vòng lặp.
  2. valuelà số nguyên 64 bit, yêu cầu 2 lệnh máy trên X86 ( addtheo sau adc) nhưng chỉ có 1 trên X64 ( add).

Thứ hai: tại sao toán tử ternary chậm hơn trên cả X86 và X64?

Điều này là do sự khác biệt tinh tế trong thứ tự các hoạt động tác động đến trình tối ưu hóa của JIT. Để JIT toán tử ternary, thay vì trực tiếp mã hóa 23trong chính addmáy chỉ dẫn, JIT tạo một biến trung gian (trong một thanh ghi) để giữ kết quả. Thanh ghi này sau đó được mở rộng đăng nhập từ 32 bit đến 64 bit trước khi thêm nó vào value. Vì tất cả những điều này được thực hiện trong các thanh ghi cho X64, mặc dù sự gia tăng đáng kể về độ phức tạp đối với toán tử ternary, tác động ròng có phần được giảm thiểu.

Mặt khác, JIT X86 bị ​​ảnh hưởng ở mức độ lớn hơn vì việc thêm một giá trị trung gian mới vào vòng lặp bên trong khiến nó "tràn" một giá trị khác, dẫn đến ít nhất 2 lần truy cập bộ nhớ bổ sung vào vòng lặp bên trong (xem các truy cập để [ebp-14h]trong mã ternary X86).


18
Trình biên dịch cũng có thể mở rộng ternary thành if-other.
dezfowler

13
Lưu ý rằng x86 chỉ chậm hơn khi sử dụng ternary - nó cũng nhanh như x64 khi sử dụng if / other . Vì vậy, câu hỏi cần trả lời là: "tại sao mã X86 lại chậm hơn X64 rất nhiều khi sử dụng toán tử ternary?".
Eren Ersönmez

18
Chắc chắn không có lý do chính đáng nào cho việc này và MS nên 'sửa chữa' - vì Ternary thực sự chỉ là một cú pháp ngắn hơn cho if / other?! Bạn chắc chắn sẽ không phải trả một hình phạt hiệu suất nào.
niico

6
@niico không có gì để 'sửa chữa' về toán tử ternary. Việc sử dụng trong trường hợp này chỉ xảy ra để phân bổ đăng ký khác. Trong một trường hợp khác, nó có thể nhanh hơn nếu / khác, như tôi đã cố gắng giải thích trong câu trả lời của mình.
Eren Ersönmez

6
@ ErenErsönmez: Chắc chắn có điều gì đó để khắc phục. Nhóm tối ưu hóa có thể phân tích cẩn thận hai trường hợp và tìm cách gây ra toán tử ternary, trong trường hợp này, nhanh như thể khác. Tất nhiên, một sửa chữa như vậy có thể là không khả thi hoặc quá đắt.
Brian

63

EDIT: Tất cả thay đổi ... xem bên dưới.

Tôi không thể sao chép kết quả của bạn trên x64 CLR, nhưng tôi có thể trên x86. Trên x64 tôi có thể thấy một sự khác biệt nhỏ (dưới 10%) giữa toán tử điều kiện và if / khác, nhưng nó nhỏ hơn nhiều so với bạn nhìn thấy.

Tôi đã thực hiện các thay đổi tiềm năng sau:

  • Chạy trong ứng dụng console
  • Xây dựng với /o+ /debug-và chạy bên ngoài trình gỡ lỗi
  • Chạy cả hai đoạn mã một lần để JIT chúng, sau đó nhiều lần để chính xác hơn
  • Sử dụng Stopwatch

Kết quả có /platform:x64(không có dòng "bỏ qua"):

if/else with 1 iterations: 17ms
conditional with 1 iterations: 19ms
if/else with 1000 iterations: 17875ms
conditional with 1000 iterations: 19089ms

Kết quả có /platform:x86(không có dòng "bỏ qua"):

if/else with 1 iterations: 18ms
conditional with 1 iterations: 49ms
if/else with 1000 iterations: 17901ms
conditional with 1000 iterations: 47710ms

Chi tiết hệ thống của tôi:

  • CPU x64 i7-2720QM @ 2.20GHz
  • Windows 8 64 bit
  • .NET 4.5

Vì vậy, không giống như trước đây, tôi nghĩ rằng bạn đang thấy một sự khác biệt thực sự - và đó là tất cả để làm với JIT x86. Tôi không muốn nói chính xác điều gì gây ra sự khác biệt - Tôi có thể cập nhật bài đăng sau với nhiều chi tiết hơn nếu tôi có thể bận tâm vào cordbg :)

Thật thú vị, không sắp xếp mảng trước, tôi kết thúc với các bài kiểm tra mất khoảng 4,5 lần, ít nhất là trên x64. Tôi đoán là điều này là để làm với dự đoán chi nhánh.

Mã số:

using System;
using System.Diagnostics;

class Test
{
    static void Main()
    {
        Random r = new Random(0);
        int[] array = new int[20000000];
        for(int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
        }
        Array.Sort(array);
        // JIT everything...
        RunIfElse(array, 1);
        RunConditional(array, 1);
        // Now really time it
        RunIfElse(array, 1000);
        RunConditional(array, 1000);
    }

    static void RunIfElse(int[] array, int iterations)
    {        
        long value = 0;
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        for (int x = 0; x < iterations; x++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                if (i > 0)
                {
                    value += 2;
                }
                else
                {
                    value += 3;
                }
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("if/else with {0} iterations: {1}ms",
                          iterations,
                          sw.ElapsedMilliseconds);
        // Just to avoid optimizing everything away
        Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
    }

    static void RunConditional(int[] array, int iterations)
    {        
        long value = 0;
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        for (int x = 0; x < iterations; x++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                value += i > 0 ? 2 : 3;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("conditional with {0} iterations: {1}ms",
                          iterations,
                          sw.ElapsedMilliseconds);
        // Just to avoid optimizing everything away
        Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
    }
}

31
Vì vậy, câu hỏi mà tất cả mọi người vẫn đang chết để biết, là tại sao thậm chí có một sự khác biệt nhỏ.
Brad M

1
@BradM: Chà IL sẽ khác, và bất kỳ sự khác biệt nào cũng có thể làm tất cả mọi thứ vào thời điểm nó được biên dịch JIT và sau đó chính CPU đã làm những điều khó chịu với nó.
Jon Skeet

4
@JonSkeet FYI. chạy mã của bạn, chính xác như bạn đã giải thích. 19s so với 52 trong x86 và 19s so với 21 trong x64.
Eren Ersönmez

5
@ user1032613: Bây giờ tôi có thể sao chép kết quả của bạn. Xem chỉnh sửa của tôi. Xin lỗi vì đã nghi ngờ bạn trước đây - thật đáng ngạc nhiên khi sự thay đổi trong kiến ​​trúc có thể tạo ra ...
Jon Skeet

3
@ BЈовић: Thật vậy. Nó bắt đầu như không thể tái tạo nó, nhưng phát triển theo thời gian. Nó không đưa ra lý do, nhưng tôi nghĩ đó vẫn là thông tin hữu ích (ví dụ: chênh lệch x64 so với x86), đó là lý do tại sao tôi bỏ nó.
Jon Skeet

43

Sự khác biệt thực sự không liên quan nhiều đến if / other vs ternary.

Nhìn vào các disassemblies jited (Tôi sẽ không tái chế ở đây, xin vui lòng xem câu trả lời của @ 280Z28), hóa ra bạn đang so sánh táo và cam . Trong một trường hợp, bạn tạo hai khác nhau +=hoạt động với giá trị không đổi và cái nào bạn chọn phụ thuộc vào một điều kiện, và trong trường hợp khác, bạn tạo một +=nơi giá trị cho add phụ thuộc vào một điều kiện.

Nếu bạn muốn thực sự so sánh if / other vs ternary, đây sẽ là một so sánh công bằng hơn (bây giờ cả hai sẽ "chậm" như nhau, hoặc chúng ta thậm chí có thể nói ternary nhanh hơn một chút):

int diff;
if (i > 0) 
    diff = 2;
else 
    diff = 3;
value += diff;

so với

value += i > 0 ? 2 : 3;

Bây giờ việc tháo gỡ cho if/elsetrở thành như dưới đây. Lưu ý rằng điều này là tồi tệ hơn một chút so với trường hợp ternary, vì nó cũng thoát khỏi việc sử dụng các thanh ghi cho biến vòng lặp ( i).

                if (i > 0)
0000009d  cmp         dword ptr [ebp-20h],0 
000000a1  jle         000000AD 
                {
                    diff = 2;
000000a3  mov         dword ptr [ebp-24h],2 
000000aa  nop 
000000ab  jmp         000000B4 
                }
                else
                {
                    diff = 3;
000000ad  mov         dword ptr [ebp-24h],3 
                }
                value += diff;
000000b4  mov         eax,dword ptr [ebp-18h] 
000000b7  mov         edx,dword ptr [ebp-14h] 
000000ba  mov         ecx,dword ptr [ebp-24h] 
000000bd  mov         ebx,ecx 
000000bf  sar         ebx,1Fh 
000000c2  add         eax,ecx 
000000c4  adc         edx,ebx 
000000c6  mov         dword ptr [ebp-18h],eax 
000000c9  mov         dword ptr [ebp-14h],edx 
000000cc  inc         dword ptr [ebp-28h] 

5
Làm thế nào về việc nhấn mạnh so sánh táo và cam ?
Ken Kin

6
Chà, tôi thực sự sẽ không nói rằng nó đang so sánh táo và cam. Cả hai biến thể đều có cùng một ngữ nghĩa , vì vậy trình tối ưu hóa có thể thử cả hai biến thể tối ưu hóa và chọn bất kỳ biến thể nào hiệu quả hơn trong cả hai trường hợp.
Vlad

Tôi đã làm bài kiểm tra như bạn đề xuất: đã giới thiệu một biến khác diff, nhưng ternary vẫn chậm hơn rất nhiều - không phải là tất cả những gì bạn nói. Bạn đã làm thí nghiệm trước khi đăng "câu trả lời" này chưa?
dùng1032613

9

Biên tập:

Đã thêm một ví dụ có thể được thực hiện với câu lệnh if-other nhưng không phải là toán tử điều kiện.


Trước khi trả lời, xin vui lòng xem [ Cái nào nhanh hơn? ] trên blog của ông Lippert. Và tôi nghĩ câu trả lời của ông Ersönmez là câu trả lời đúng nhất ở đây.

Tôi đang cố gắng đề cập đến một cái gì đó chúng ta nên ghi nhớ với một ngôn ngữ lập trình cấp cao.

Trước hết, tôi chưa bao giờ nghe nói rằng toán tử có điều kiện được cho là nhanh hơn hoặc hiệu suất tương đương với câu lệnh if- other trong C♯ .

Lý do rất đơn giản là nếu không có hoạt động với câu lệnh if-other:

if (i > 0)
{
    value += 2;
}
else
{
}

Yêu cầu của toán tử điều kiện là phải có một giá trị với một trong hai bên và trong C♯, nó cũng yêu cầu cả hai bên :có cùng loại. Điều này chỉ làm cho nó khác với tuyên bố if-other. Do đó, câu hỏi của bạn trở thành một câu hỏi hỏi làm thế nào hướng dẫn của mã máy được tạo ra sao cho sự khác biệt về hiệu suất.

Với toán tử có điều kiện, về mặt ngữ nghĩa là:

Bất cứ biểu thức nào được đánh giá, đều có giá trị.

Nhưng với câu lệnh if-other:

Nếu biểu thức được đánh giá là đúng, hãy làm một cái gì đó; nếu không, hãy làm một việc khác

Một giá trị không nhất thiết liên quan đến câu lệnh if-other. Giả định của bạn chỉ có thể với tối ưu hóa.

Một ví dụ khác để chứng minh sự khác biệt giữa chúng sẽ như sau:

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };

if(i>0)
    array1[1]=4;
else
    array2[2]=4;

Tuy nhiên, đoạn mã trên biên dịch, thay thế câu lệnh if-other bằng toán tử có điều kiện sẽ không biên dịch:

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };
(i>0?array1[1]:array2[2])=4; // incorrect usage 

Toán tử điều kiện và các câu lệnh if-other có khái niệm giống nhau khi bạn làm điều tương tự, nó thậm chí có thể nhanh hơn với toán tử điều kiện trong C , vì C gần với việc lắp ráp nền tảng hơn.


Đối với mã ban đầu bạn cung cấp, toán tử điều kiện được sử dụng trong vòng lặp foreach, điều này sẽ làm mọi thứ rối tung lên để thấy sự khác biệt giữa chúng. Vì vậy, tôi đang đề xuất mã sau đây:

public static class TestClass {
    public static void TestConditionalOperator(int i) {
        long value=0;
        value+=i>0?2:3;
    }

    public static void TestIfElse(int i) {
        long value=0;

        if(i>0) {
            value+=2;
        }
        else {
            value+=3;
        }
    }

    public static void TestMethod() {
        TestConditionalOperator(0);
        TestIfElse(0);
    }
}

và sau đây là hai phiên bản IL được tối ưu hóa và không. Vì chúng dài, tôi đang sử dụng một hình ảnh để hiển thị, phía bên tay phải là hình được tối ưu hóa:

(Nhấn để xem hình với đầy đủ kích thước.) hSN6s.png

Trong cả hai phiên bản mã, IL của toán tử điều kiện có vẻ ngắn hơn câu lệnh if-other và vẫn còn nghi ngờ về mã máy cuối cùng được tạo. Sau đây là hướng dẫn của cả hai phương thức và hình ảnh trước đây không được tối ưu hóa, hình ảnh sau là hình ảnh được tối ưu hóa:

  • Hướng dẫn không được tối ưu hóa: (Nhấp để xem hình ảnh kích thước đầy đủ.) ybhgM.png

  • Hướng dẫn tối ưu hóa: (Nhấp để xem hình ảnh kích thước đầy đủ.) 6kgzJ.png

Trong phần sau, khối màu vàng là mã chỉ được thực thi nếu i<=0và khối màu xanh là khi i>0. Trong cả hai phiên bản hướng dẫn, câu lệnh if-other ngắn hơn.

Lưu ý rằng, đối với các hướng dẫn khác nhau, [ CPI ] không nhất thiết phải giống nhau. Theo logic, đối với hướng dẫn giống hệt nhau, nhiều hướng dẫn hơn chi phí chu kỳ dài hơn. Nhưng nếu thời gian tìm nạp lệnh và ống / bộ đệm cũng được tính đến, thì tổng thời gian thực hiện thực sự phụ thuộc vào bộ xử lý. Bộ xử lý cũng có thể dự đoán các nhánh.

Bộ xử lý hiện đại thậm chí còn có nhiều lõi hơn, mọi thứ có thể phức tạp hơn với điều đó. Nếu bạn là người dùng bộ xử lý Intel, bạn có thể muốn xem [ Hướng dẫn tham khảo tối ưu hóa kiến ​​trúc Intel® 64 và IA-32 ].

Tôi không biết nếu có CLR được triển khai bằng phần cứng, nhưng nếu có, bạn có thể nhanh hơn với toán tử có điều kiện vì IL rõ ràng là ít hơn.

Lưu ý: Tất cả các mã máy là x86.


7

Tôi đã làm những gì Jon Skeet đã làm và chạy qua 1 lần lặp và 1.000 lần lặp và nhận được kết quả khác với cả OP và Jon. Trong tôi, chim nhạn chỉ nhanh hơn một chút. Dưới đây là mã chính xác:

static void runIfElse(int[] array, int iterations)
    {
        long value = 0;
        Stopwatch ifElse = new Stopwatch();
        ifElse.Start();
        for (int c = 0; c < iterations; c++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                if (i > 0)
                {
                    value += 2;
                }
                else
                {
                    value += 3;
                }
            }
        }
        ifElse.Stop();
        Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for If-Else: {0}", ifElse.Elapsed));
    }

    static void runTernary(int[] array, int iterations)
    {
        long value = 0;
        Stopwatch ternary = new Stopwatch();
        ternary.Start();
        for (int c = 0; c < iterations; c++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                value += i > 0 ? 2 : 3;
            }
        }
        ternary.Stop();


        Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for Ternary: {0}", ternary.Elapsed));
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Random r = new Random();
        int[] array = new int[20000000];
        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
        }
        Array.Sort(array);

        long value = 0;

        runIfElse(array, 1);
        runTernary(array, 1);
        runIfElse(array, 1000);
        runTernary(array, 1000);
        
        Console.ReadLine();
    }

Đầu ra từ chương trình của tôi:

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 00: 00: 00.0140543

Thời gian đã qua cho Ternary: 00: 00: 00.0136723

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 00: 00: 14.0167870

Thời gian đã qua cho Ternary: 00: 00: 13.9418520

Một lần chạy khác tính bằng mili giây:

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 20

Thời gian đã qua cho Ternary: 19

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 13854

Thời gian đã qua cho Ternary: 13610

Cái này đang chạy trong XP 64 bit và tôi đã chạy mà không cần gỡ lỗi.

Chỉnh sửa - Chạy trong x86:

Có một sự khác biệt lớn khi sử dụng x86. Điều này đã được thực hiện mà không cần gỡ lỗi trên và trên cùng một máy xp 64 bit như trước đây, nhưng được xây dựng cho CPU x86. Cái này trông giống OP hơn.

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 18

Thời gian đã qua cho Ternary: 35

Thời gian đã trôi qua cho If-Else: 20512

Thời gian đã qua cho Ternary: 32673


Bạn có thể vui lòng thử nó trên x86 không? Cảm ơn.
dùng1032613

@ user1032613 Tôi nghĩ rằng có thể có một sự khác biệt lớn nếu bạn chạy mà không gỡ lỗi so với gỡ lỗi.
CodeCamper

@ user1032613 Tôi vừa chỉnh sửa bài đăng của mình với dữ liệu từ x86. Nó trông giống như của bạn, trong đó ternary chậm hơn gấp 2 lần.
Shaz

5

Mã trình biên dịch được tạo sẽ kể câu chuyện:

a = (b > c) ? 1 : 0;

Tạo:

mov  edx, DWORD PTR a[rip]
mov  eax, DWORD PTR b[rip]
cmp  edx, eax
setg al

Trong khi:

if (a > b) printf("a");
else printf("b");

Tạo:

mov edx, DWORD PTR a[rip]
mov eax, DWORD PTR b[rip]
cmp edx, eax
jle .L4
    ;printf a
jmp .L5
.L4:
    ;printf b
.L5:

Vì vậy, ternary thể ngắn hơn và nhanh hơn chỉ đơn giản là do sử dụng ít hướng dẫn hơn và không có bước nhảy nếu bạn đang tìm kiếm đúng / sai. Nếu bạn sử dụng các giá trị khác 1 và 0, bạn sẽ nhận được cùng mã với if / other, chẳng hạn:

a = (b > c) ? 2 : 3;

Tạo:

mov edx, DWORD PTR b[rip]
mov eax, DWORD PTR c[rip]
cmp edx, eax
jle .L6
    mov eax, 2
jmp .L7
.L6:
    mov eax, 3
.L7:

Đó là giống như nếu / khác.


4

Chạy mà không gỡ lỗi ctrl + F5 có vẻ như trình gỡ lỗi làm chậm cả ifs và ternary đáng kể nhưng có vẻ như nó làm chậm toán tử ternary hơn nhiều.

Khi tôi chạy đoạn mã sau đây là kết quả của tôi. Tôi nghĩ rằng sự khác biệt nhỏ trong một phần nghìn giây là do trình biên dịch tối ưu hóa max = max và loại bỏ nó nhưng có lẽ không thực hiện tối ưu hóa đó cho toán tử ternary. Nếu ai đó có thể kiểm tra lắp ráp và xác nhận điều này thì nó sẽ rất tuyệt.

--Run #1--
Type   | Milliseconds
Ternary 706
If     704
%: .9972
--Run #2--
Type   | Milliseconds
Ternary 707
If     704
%: .9958
--Run #3--
Type   | Milliseconds
Ternary 706
If     704
%: .9972

  for (int t = 1; t != 10; t++)
        {
            var s = new System.Diagnostics.Stopwatch();
            var r = new Random(123456789);   //r
            int[] randomSet = new int[1000]; //a
            for (int i = 0; i < 1000; i++)   //n
                randomSet[i] = r.Next();     //dom
            long _ternary = 0; //store
            long _if = 0;      //time
            int max = 0; //result
            s.Start();
            for (int q = 0; q < 1000000; q++)
            {
                for (int i = 0; i < 1000; i++)
                    max = max > randomSet[i] ? max : randomSet[i];
            }
            s.Stop();
            _ternary = s.ElapsedMilliseconds;
            max = 0;
            s = new System.Diagnostics.Stopwatch();
            s.Start();
            for (int q = 0; q < 1000000; q++)
            {
                for (int i = 0; i < 1000; i++)
                    if (max > randomSet[i])
                        max = max; // I think the compiler may remove this but not for the ternary causing the speed difference.
                    else
                        max = randomSet[i];
            }

            s.Stop();
            _if = s.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine("--Run #" + t+"--");
            Console.WriteLine("Type   | Milliseconds\nTernary {0}\nIf     {1}\n%: {2}", _ternary, _if,((decimal)_if/(decimal)_ternary).ToString("#.####"));
        }

4

Nhìn vào IL được tạo, có ít hơn 16 thao tác trong câu lệnh if / other (sao chép và dán mã @ JonSkeet). Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nó sẽ là một quá trình nhanh hơn!

Để tóm tắt sự khác biệt trong IL, phương thức if / other dịch khá giống với mã C # đọc (thực hiện bổ sung trong nhánh) trong khi mã có điều kiện tải 2 hoặc 3 lên ngăn xếp (tùy thuộc vào giá trị) và sau đó thêm nó vào giá trị bên ngoài của điều kiện.

Sự khác biệt khác là hướng dẫn phân nhánh được sử dụng. Phương thức if / other sử dụng một brtrue (nhánh nếu đúng) để nhảy qua điều kiện đầu tiên và một nhánh vô điều kiện để nhảy từ câu lệnh if đầu tiên ra khỏi câu lệnh if. Mã điều kiện sử dụng bgt (nhánh nếu lớn hơn) thay vì brtrue, có thể có thể là một so sánh chậm hơn.

Ngoài ra (chỉ cần đọc về dự đoán chi nhánh) có thể có một hình phạt hiệu suất cho chi nhánh nhỏ hơn. Nhánh có điều kiện chỉ có 1 lệnh trong nhánh nhưng if / other có 7. Điều này cũng sẽ giải thích tại sao có sự khác biệt giữa việc sử dụng long và int, bởi vì việc thay đổi thành int làm giảm số lượng lệnh trong nhánh if / other (làm cho việc đọc trước ít hơn)


1

Trong đoạn mã sau if / other dường như nhanh hơn khoảng 1,4 lần so với toán tử ternary. Tuy nhiên, tôi thấy rằng việc giới thiệu một biến tạm thời làm giảm thời gian chạy của toán tử ternary khoảng 1,4 lần:

Nếu / Khác: 98 ms

Ternary: 141 ms

Ternary với temp var: 100 ms

using System;
using System.Diagnostics;

namespace ConsoleApplicationTestIfElseVsTernaryOperator
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Random r = new Random(0);
            int[] array = new int[20000000];
            for (int i = 0; i < array.Length; i++)
            {
                array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
            }
            Array.Sort(array);
            long value;
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();

            value = 0;
            stopwatch.Restart();
            foreach (int i in array)
            {
                if (i > 0)
                {
                    value += 2;
                }
                else
                {
                    value += 3;
                }
                // 98 ms
            }
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine("If/Else: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");

            value = 0;
            stopwatch.Restart();
            foreach (int i in array)
            {
                value += (i > 0) ? 2 : 3; 
                // 141 ms
            }

            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine("Ternary: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");

            value = 0;
            int tempVar = 0;
            stopwatch.Restart();
            foreach (int i in array)
            {
                tempVar = (i > 0) ? 2 : 3;
                value += tempVar; 
                // 100ms
            }
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine("Ternary with temp var: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");

            Console.ReadKey(true);
        }
    }
}

0

Quá nhiều câu trả lời tuyệt vời nhưng tôi đã tìm thấy một điều thú vị, những thay đổi rất đơn giản tạo ra tác động. Sau khi thực hiện thay đổi bên dưới, để thực thi toán tử if-other và ternary, sẽ mất cùng thời gian.

thay vì viết dòng dưới đây

value +=  i > 0 ? 2 : 3;

Tôi đã sử dụng cái này

int a =  i > 0 ? 2 : 3;
value += a;

Một trong những câu trả lời dưới đây cũng đề cập rằng cách xấu để viết toán tử ternary là gì.

Tôi hy vọng điều này sẽ giúp bạn viết toán tử ternary, thay vì nghĩ cái nào tốt hơn.

Toán tử ternary lồng nhau : Tôi tìm thấy toán tử ternary lồng nhau và nhiều khối nếu khác cũng sẽ mất cùng thời gian để thực thi.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.