优化两个数组的按位与

Posted 2023-02-16

【中文标题】优化两个数组的按位与

【英文标题】：Optimization of bitwise AND of two arrays

【发布时间】：2015-03-23 20:02:36

【问题描述】：

似乎是一个简单的问题；我必须对两个数组进行按位与，如果任何两个位匹配，则返回 true，基本上：return ((dataArray & maskArray) != 0)。

当然，这不是合法的 C++。目前的解决方案类似于：

uint32_t dataArray[BIG_NUM] //Pretend it's initialized
uint32_t maskArray[BIG_NUM] //Pretend it's initialized
bool returnVal = false;

for(int i = 0; i < BIG_NUM; i++)

    if((dataArray[i] & maskArray[i]) != 0)
    
        returnVal = true;
        break;
    

return returnVal;

虽然功能正常，但既不能并行也不能矢量化，因此很痛苦，10% 的 CPU 周期在此函数中被烧毁。关于如何清理它的任何想法？

编辑：意识到我不应该将底层成员 sizeof() 作为数组大小的一部分。

【问题讨论】：

你能缓存一个奇偶校验值或校验和作为大多数情况下的快速检查吗？

[BIG_NUM * sizeof(uint32_t)]这里在做什么？

@milleniumbug，显然没有完全注意我输入的内容；谢谢你的收获。

您使用的是 64 位计算机吗？如果是这样，并且如果可能，编译为使用 64 位整数。这将使您的吞吐量翻倍。

@MustafaOzturk，我希望我是，但也许在未来。我想我可以将类型转换为 size_t 数组，然后如果发生迁移，该函数将很好地重新编译。

【参考方案1】：

如果您通常返回false，以下可能会更快：

bool res = 0;
for (int i = 0; i < BIG_NUM; i++)

    res|= dataArray[i] & maskArray[i];      
   
return res;

甚至

bool res = 0;
for (int i = 0; i < BIG_NUM; i++)

    resArray[i] = dataArray[i] & maskArray[i];


for (int i = 0; i < BIG_NUM; i++)

    res |= resArray[i];

return res;

取决于你的编译器

【讨论】：

我试一试，甚至没有想过通过 OR 来累积结果，但这很有意义，也没有溢出的讨厌习惯。

【参考方案2】：

在这里，这应该有助于向量化，因为它只退出 8 的倍数，并且每八次计算只有一个分支预测（可能更快）。

for(int i = 0; i < BIG_NUM; i+=8)

    uint32_t branch_once_per_8_calcs=0;
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+0] & maskArray[i+0];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+1] & maskArray[i+1];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+2] & maskArray[i+2];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+3] & maskArray[i+3];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+4] & maskArray[i+4];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+5] & maskArray[i+5];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+6] & maskArray[i+6];
    branch_once_per_8_calcs+=dataArray[i+7] & maskArray[i+7];
    if(branch_once_per_8_calcs!= 0)
    
        returnVal = true;
        break;
    

您也可以将步长增加到 64 或 128，并在每一步结束时使用嵌套循环检查一次，这样可以更快。

或

for(int i = 0; i < BIG_NUM; i+=8)

    uint32_t branch_once_per_8_calcs=0;
    branch_once_per_8_calcs+=(dataArray[i+0] & maskArray[i+0]) | (dataArray[i+1] & maskArray[i+1]);
    branch_once_per_8_calcs+=(dataArray[i+2] & maskArray[i+2]) | (dataArray[i+3] & maskArray[i+3]);
    branch_once_per_8_calcs+=(dataArray[i+4] & maskArray[i+4]) | (dataArray[i+5] & maskArray[i+5]);
    branch_once_per_8_calcs+=(dataArray[i+6] & maskArray[i+6]) | (dataArray[i+7] & maskArray[i+7]);
    if(branch_once_per_8_calcs!= 0)
    
        returnVal = true;
        break;
    

使用较少的添加和分配。不要忘记检查可能导致误报的溢出。

【讨论】：

如果您将添加替换为 ors，您将不需要任何溢出检查。