包含后增量的表达式可以与 C++ 中该表达式的其他部分并行执行吗？答案

【问题标题】：Can an expression containing post increment execute in parallel with other parts of that expression in C++?包含后增量的表达式可以与 C++ 中该表达式的其他部分并行执行吗？
【发布时间】：2017-02-11 03:05:37
【问题描述】：

我从以下答案中提出了这个问题： Efficiency of postincrement v.s. preincrement in C++

我找到了这个表达式：

a = b++ * 2;

他们说，上面的b++ 可以与乘法并行运行。

b++ 如何与乘法并行运行？

我对该程序的理解是：首先，我们将 b 的值复制到一个临时变量，然后增加 b，最后将 2 与该临时变量相乘。我们不是乘以 b 而是乘以那个临时变量，那么它将如何并行运行？

我从另一个答案 Is there a performance difference between i++ and ++i in C++? 获得了关于临时变量的上述想法

【问题讨论】：

我认为他们的意思是可以在评估a的值之后发生增量，并且a的值不必等待增量完成增量。跨度>
我从来没有想过这个，。这个问题给了我一个新的思考维度..
我不能代表那些写了你链接的答案的人，但你应该看看instruction pipelining。
请定义“并行”。如果我们谈论的是 c++ 理论内存模型，那么操作是顺序的（并且彼此之间严格排序）。 as-if 规则可以允许指令指令重新排序以提供性能优势。指令流水线也将发挥作用，但永远不会有并行性。
@PaulHK：指针往往会破坏优化器的别名检测。基本上，*b++ 可以更改 any 整数，除非另有明确证明。这通常会迫使编译器插入额外的负载。而且由于内存负载比普通算术昂贵得多（10x-100x），这通常是一种悲观。事实上，今天仍然可行的主要手动优化是从循环中提升指针取消引用，当您知道它不会别名其他变量时。（C99 引入了restrict 来帮助优化器解决这个问题）

标签： c++ parallel-processing

【解决方案1】：

你说的是instruction level parallelism。在这种情况下，处理器可以在 b 的副本上执行增量，同时也乘以旧的 b。这是处理器级别的非常细粒度的并行性，通常您可以期望它会给您带来一些优势，具体取决于架构。

在预增量的情况下，增量操作的结果必须在处理器的管道中等待，然后才能执行乘法运算，因此会给您带来惩罚。但是，这在语义上并不等效，因为 a 的值会有所不同。

【讨论】：

【解决方案2】：

@SimpleGuy 的回答是一个非常合理的初步近似值。问题是，它假设了简单理论模型（没有并行化）和现实世界之间的中间点。这个答案试图查看一个更现实的模型，仍然没有假设一个特定的 CPU。

要意识到的主要事情是真正的 CPU 具有寄存器和缓存。这些存在是因为内存操作比简单的数学要昂贵得多。整数增量和整数位移的并行化（*2 在真实 CPU 上优化为 <<1）是一个小问题；优化器将主要着眼于避免负载停顿。

所以我们假设a 和b 不在CPU 寄存器中。相关的内存操作有LOAD b、STORE a和STORE b。一切都以LOAD b 开头，因此优化器可能会尽可能地将其向上移动，甚至在可能的前一条指令之前（别名是这里的主要关注点）。 STORE b 可以在 b++ 完成后立即启动。 STORE a 可以发生在 STORE b 之后，因此它被一条 CPU 指令（<<1）延迟并不是什么大问题，并且通过并行化这两个操作几乎没有什么好处。

【讨论】：

但是是否可以并行运行b++ * 2 中的所有指令？（记住这个临时变量）如果是 ++b * 2 ，我们肯定无法并行运行所有指令。
@AlMamun：所以至少有5个操作，其中3个是内存操作。显然你不能并行运行内存操作；在存储变量时无法加载它。但是您可以将b 的存储与a 的乘法（位移）并行化。

【解决方案3】：

b++可以并行运行的原因如下

b++ 是后自增，这意味着变量的值在使用后会自增。下面一行可以分为两部分

a = b++ * 2

第 1 部分：将b 与2 相乘

第 2 部分：将b 的值增加1

由于上述两个不依赖彼此，它们可以并行运行。

Hard case 是 pre-increment，即在使用前先递增

a = ++b * 2

零件本来是

第 1 部分：将b 的值增加1

第 2 部分：将（新）b 与 2 相乘

从上面可以看出，第二部分只有在第一部分执行后才能运行，所以有依赖关系，因此没有并行性。

【讨论】：

它们在你的两种情况下都非常依赖
在您的第一种情况下，您没有考虑该临时变量。 2 不是直接与 b 相乘，而是与作为 b 副本的临时变量相乘。
虽然善意，但我认为这个答案是不正确的。
@RichardHodges 请指教
b++ * 2 表示：“将 B 复制到一个临时对象中，将结果乘以 2，在 b 上调用 ++，丢弃结果，然后返回 temp*2 的结果”。 b 上的 ++ 操作按顺序发生在复制之后但分号之前。 ++ 因此依赖于正在获取的副本。