在 C 中添加两个浮点数组的有效方法？答案

【问题标题】：Efficient way to add two float arrays in C?在 C 中添加两个浮点数组的有效方法？
【发布时间】：2023-03-07 01:57:01
【问题描述】：

我的 macOS 音频应用程序使用 for 循环添加两个浮点数组。当size 很大时，有没有更有效的方法？

int size = 5;
float array1[size] = {0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4};
float array2[size] = {0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9};
float sum[size];

for (int i = 0; i < size; i ++)
{
    sum[i] = array1[i] + array2[i];
}

【问题讨论】：

你有一个非常奇怪的数组索引，你知道吗？
哎呀，你完全正确。我应该编辑它。在我的应用程序中，我正在处理指针和 memcpy，这就是我采用这种方式的原因。我会编辑它。
Here's a discussion on how to optimize this kind of code using SIMD. 底线：您只需要使用正确的编译器选项，然后让优化器完成工作。
这样的优化很大程度上取决于环境。你的目标是什么处理器？程序还围绕这个做什么——它是否对这些相同的数据进行其他操作？数组有多大？现代处理器通常具有快速添加阵列的功能，但如何以及是否使用它们取决于具体情况。非便携式解决方案是否可接受，例如使用英特尔 AVX 指令的解决方案？使用编译器扩展可以吗？你的编译器会自动向量化循环吗？
@EricPostpischil 这是专门针对 macOS 的。所以英特尔酷睿 i5 和 i7s。数组大小最大为 524,288。我正在执行的唯一操作是总和。我不确定其他的东西，因为我以前从未深入过。

标签： c performance audio

【解决方案1】：

您可以做的最重要的技巧：如果这些数组实际上是指针，并且您将它们传递给函数，请确保 restrict-限定总和指针，如果它确实应该指向一个独立于 2 的数组：

void do_sum(size_t size,
            float * restrict sum,
            float * array1,
            float * array2)

或带有尺寸提示

void do_sum(size_t size,
            float sum[restrict static size],
            float array1[static size],
            float array2[static size])

这将使编译器能够生成更高效的代码，因为它保证对于函数中使用的任何 n 或 k，array1[n] 和 array2[n] 都不能访问与 sum[k] 相同的内存

在 Godbolt 上亲自查看差异：with restrict 和 without

【讨论】：

【解决方案2】：

如果它在功率超过几瓦的硬件上运行（除了没有内置 FPU 且没有知道如何利用 CPU 奇异指令的编译器的十年旧手机之外的任何硬件），效率将取决于内存缓存和总线带宽，所以聪明的 C 技巧并不重要。唯一有意义的加速是覆盖其中一个数组：
... array1[i] += array2[i];

【讨论】：

【解决方案3】：

对于 macOS（如评论中所述），解决方案很简单，至少对于单个添加操作。在代码中插入#include <Accelerate/Accelerate.h>，将Accelerate framework 添加到您的项目中，并将循环更改为对vDSP_vadd(sum, 1, array1, 1, array2, 1, size); 的单个调用。它使用 Apple 为其支持的每个平台定制的高性能矢量化例程。

（1 参数是数组的步长，以元素为单位。1 表示处理每个元素，是性能的最佳情况。）

由于您要处理多达 524,288 个元素，因此您还应该考虑您的应用程序如何与高速缓存交互。高性能设计不能孤立地进行，只能单独查看每个例程。

【讨论】：

甜蜜。感谢您的提示。