(原創) 如何加速for loop? (C/C++) (OpenMP) (template) (TMP) (C2H)

Absract
據同學說是聯發科的面試考題,以下是我野人獻曝的解法,若有大俠有任何更好的方,歡迎華山論劍。

Introduction
原題如下

有一個for迴圈,從0加到100,可是我覺得它不夠快,要怎樣才能讓她更快呢?(不可以用數學公式)
  
for(i = 0; i <= 100; i++
  s 
= s + i;

我能想到的解法
1.調compiler參數,vc++和gcc都有-o可以調,可以optimize for speed,是最懶的方式。
  
2.善用多核心:

 1 /* 
 2 (C) OOMusou 2008 http://oomusou.cnblogs.com
 3 
 4 Filename    : parallel_for_100.c
 5 Compiler    : Visual C++ 8.0
 6 Description : Demo how to parallel sum 0 to 100
 7 Release     : 03/14/2008 1.0
 8 */
 9 #include <stdio.h>
10 #include "omp.h"
11 
12 int main() {
13   int i;
14   int s = 0;
15   
16   printf("Number of core : %d\n", omp_get_num_procs());
17   printf("Number of threads : %d\n", omp_get_num_threads());
18   
19   #pragma omp parallel for
20   for(i = 0; i <= 100++i) {
21     printf("thread %d : %d\n", omp_get_thread_num(), s = s + i);
22   }
23   printf("%d\n", s);
24 }

執行結果

Number of core : 2
Number of threads : 
1
thread 
0 : 0
thread 
1 : 51
thread 
0 : 52
thread 
0 : 106
thread 
1 : 104
thread 
0 : 109
thread 
1 : 162
thread 
0 : 166
thread 
1 : 220
thread 
0 : 225
thread 
1 : 280
thread 
0 : 286
thread 
1 : 342
thread 
0 : 349
thread 
1 : 406
thread 
0 : 414
thread 
1 : 472
thread 
0 : 481
thread 
1 : 540
thread 
0 : 550
thread 
1 : 610
thread 
0 : 621
thread 
1 : 682
thread 
0 : 694
thread 
1 : 756
thread 
0 : 769
thread 
1 : 832
thread 
0 : 846
thread 
1 : 910
thread 
0 : 925
thread 
1 : 990
thread 
0 : 1006
thread 
1 : 1072
thread 
0 : 1089
thread 
1 : 1156
thread 
0 : 1174
thread 
1 : 1242
thread 
0 : 1261
thread 
1 : 1330
thread 
0 : 1350
thread 
1 : 1420
thread 
0 : 1441
thread 
1 : 1512
thread 
0 : 1534
thread 
1 : 1606
thread 
0 : 1629
thread 
1 : 1702
thread 
0 : 1726
thread 
1 : 1800
thread 
0 : 1825
thread 
1 : 1900
thread 
0 : 1926
thread 
1 : 2002
thread 
0 : 2029
thread 
1 : 2106
thread 
0 : 2134
thread 
1 : 2212
thread 
0 : 2241
thread 
1 : 2320
thread 
0 : 2350
thread 
1 : 2430
thread 
0 : 2461
thread 
1 : 2542
thread 
0 : 2574
thread 
1 : 2656
thread 
0 : 2689
thread 
1 : 2772
thread 
0 : 2806
thread 
1 : 2890
thread 
0 : 2925
thread 
1 : 3010
thread 
0 : 3046
thread 
1 : 3132
thread 
0 : 3169
thread 
1 : 3256
thread 
0 : 3294
thread 
1 : 3382
thread 
0 : 3421
thread 
1 : 3510
thread 
0 : 3550
thread 
1 : 3640
thread 
0 : 3681
thread 
1 : 3772
thread 
0 : 3814
thread 
1 : 3906
thread 
0 : 3949
thread 
1 : 4042
thread 
0 : 4086
thread 
1 : 4180
thread 
0 : 4225
thread 
1 : 4320
thread 
0 : 4366
thread 
1 : 4462
thread 
0 : 4509
thread 
1 : 4606
thread 
0 : 4654
thread 
1 : 4752
thread 
0 : 4801
thread 
1 : 4900
thread 
0 : 4950
thread 
1 : 5050
5050

由以上結果可以發現,thread 0由0開始跑,thread 1由51開始跑,但之後就隨機分配到兩個核心,所以充分利用兩個核心來運算。
  
3.inline assembly:我asm忘了差不多了, 一時也寫不出來XD
  
4.改用unsigned int,而不用int,這種寫法經我測試可以快一倍速度,主要是int須動用到有號數運算,速度較慢,詳細原理請參考(原創) 無號數及有號數的乘加運算電路設計 (初級) (IC Design) (Verilog) (Linux)

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : for_loop_original.c
 5Compiler    : Visual C++ 8.0
 6Description : Demo how to optimize for loop
 7Release     : 01/05/2008 1.0
 8*/

 9
10#include <stdio.h>
11
12int foo(int n) {
13  unsigned int i, s = 0;
14  for(i = 0; i <= n; i++)
15    s = s + i;
16    
17  return s;
18}

19
20int main() {
21  int s;
22  s = foo(100000000000);
23  printf("%d\n", s);
24}

5.使用Loop unwinding,請參考Wiki Loop unwinding

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : for_loop_unwiding.c
 5Compiler    : Visual C++ 8.0
 6Description : Demo how to optimize for loop
 7Release     : 01/11/2008 1.0
 8*/

 9
10#include <stdio.h>
11
12int foo(int n) {
13  unsigned int i, s = 0;
14  for(i = 1; i <= n; i+=10{
15    s += i;
16    s += i+1;
17    s += i+2;
18    s += i+3;
19    s += i+4;
20    s += i+5;
21    s += i+6;
22    s += i+7;
23    s += i+8;
24    s += i+9;
25  }

26    
27  return s;
28}

29
30int main() {
31  int s;
32  s = foo(100);
33  printf("%d\n", s);
34}

6.使用C++的Template Meta Programming方式,由於這是一種在compile time的運算,而不是在run time計算,所以在run time速度很快。

 1/* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : for_loop_tmp_cpp.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0
 6Description : Demo how to optimize for loop by TMP
 7Release     : 01/05/2008 1.0
 8*/

 9
10#include <iostream>
11
12using namespace std;
13
14template <unsigned n>
15struct foo {
16  enum { value = n + foo<n-1>::value };
17}
;
18
19template<>
20struct foo<0> {
21  enum { value = 0 };
22}
;
23
24int main() {
25  cout << foo<100>::value << endl;
26}

C++的template類似C的macro,是否可用c來達成呢?我試著用以下的C,但無法compile成功,主要是C並不支援recursive macro,所以無福消受。

1#include <stdio.h> 
2#define foo(x) ((x)?((x)+foo(x-1)):(0))
3
4int main() 
5  int s = foo(100); 
6  printf("%d\n", s); 
7}

7.使用硬體加速編譯器,請參閱(轉貼) 快速可編程單晶片系統開發與ANSI C語言功能的硬體加速 (IC Design) (C/C++) (News)(原創) 如何使用Nios II C2H compiler? (IC Design) (DE2) (Nios II) (Quartus II) (SOPC Builder)

Conclusion
以上野人獻曝了幾種方法,還請各位大俠指教,不勝感激。

See Also
(原創) 無號數及有號數的乘加運算電路設計 (初級) (IC Design) (Verilog) (Linux)
(原創) Template Metaprogramming系列[1] : 使用遞迴/??(Recursive) (高級) (ISO C++) (C++/CLI) (TMP)
(轉貼) 快速可編程單晶片系統開發與ANSI C語言功能的硬體加速 (IC Design) (C/C++) (News)(原創) 如何使用Nios II C2H compiler? (IC Design) (DE2) (Nios II) (Quartus II) (SOPC Builder)

Reference
Wiki Loop unwinding

posted on 2008-01-06 02:03  真 OO无双  阅读(15782)  评论(10编辑  收藏  举报

导航