performance - 为什么比较 double 比 uint64 快？

Question

我使用 Matlab 的 profile 分析了以下程序。 double 和 uint64 都是 64 位变量。为什么比较两个 double 比比较两个 uint64 快得多？不是都是按位比较的吗？

big = 1000000;

a = uint64(randi(100,big,1));
b = uint64(randi(100,big,1));
c = uint64(zeros(big,1));
tic;
for i=1:big
    if a(i) == b(i)
        c(i) = c(i) + 1;
    end
end
toc;

a = randi(100,big,1);
b = randi(100,big,1);
c = zeros(big,1);
tic;
for i=1:big
    if a(i) == b(i)
        c(i) = c(i) + 1;
    end
end
toc;

这是个人资料的测量:

这是 tictoc 测量的内容:

Elapsed time is 6.259040 seconds.
Elapsed time is 0.015387 seconds.

当使用 uint8..uint32 或 int8..int32 而不是 64 位数据类型时，效果消失。

Answer 1

这可能是 Matlab 解释器和不支持 64 位 int 类型以及其他类型的底层 CPU 的组合。

Matlab 更喜欢double 操作而不是int 操作。大多数值存储在 double 类型中，即使它们表示整数值。 double 和 int == 操作将采用不同的代码路径，MathWorks 将花费更多精力调整和优化代码double 比 int，尤其是 int64。事实上，旧版本的 Matlab 根本不支持 int64 的算术运算。 (和 IIRC，它仍然不支持混合整数数学。)当你做 int64 数学时，你使用的是不太成熟、调整较少的代码，这同样适用于 = =。 Int 类型在 Matlab 中不是优先考虑的。 int64 的存在甚至可能会干扰 JIT 优化该代码，但这只是一个猜测。

但这也可能有潜在的硬件原因。这是一个假设:如果您使用的是 32 位 x86，那么您正在使用 32 位通用(整数)寄存器。这意味着较小的 int 类型可以放入寄存器并使用快速指令进行比较，但 64 位 int 值不适合寄存器，并且可能需要更昂贵的指令序列来比较。 double，即使它们是 64 位宽，也适合 x87 浮点单元的宽浮点寄存器，并且可以使用快速浮点比较指令在硬件中进行比较。这意味着 [u]int64 是唯一无法使用快速单寄存器、单指令操作进行比较的。

如果是这种情况，如果您在 64 位 x86-64(在 64 位 Matlab 中)上运行相同的代码，差异可能会消失，因为您拥有 64 位宽的通用寄存器。但话又说回来，如果 Matlab 解释器的代码没有被编译来利用它，它可能不会。