为什么 Math.abs 比 Math.round 花费这么多时间？

Question

我知道 Math.abs() 和 Math.round() 是非常不同的函数，但我认为它们的效率相对相似。

console.time('round');
for (var i = 0; i < 100000; i++) {

  var a = Math.random() - 0.5;
  Math.round(a);
}
console.timeEnd('round');
console.time('abs');
for (var i = 0; i < 100000; i++) {

  var a = Math.random() - 0.5;
  Math.abs(a);
}
console.timeEnd('abs');

前面产生了这些结果： 回合：136.435ms 绝对：4777.983ms

谁能解释时间上的根本差异？

编辑：当我在这里运行代码片段时，我会得到更快的结果。大约 2 和 3 毫秒。为什么它会在不同的标签中获得如此高的倍数？

谢谢！

Answer 1

1. 我不确定您是否在衡量自己的想法

   随机数真的会因为缓存丢失而搞砸。此外，您还减去了 0.5，这也是 FPU 操作，它比 abs 本身要复杂得多。我不是 JAVA 编码器，但我希望 Math.abs(x) 是浮点数而不是整数运算（在 C/C++ 中，abs 是整数，fabs 是浮点数）。我会在你的循环之前创建带有随机数的数组，然后在你的循环中使用它

2. abs

   abs 只是符号位测试 + 非零尾数测试。如果实施包含早午餐，那么这可能会严重减慢速度。幸运的是，float/double abs 实现不需要任何早午餐，您只需屏蔽符号位（因为尾数不是标准 IEEE 754 格式的 2'os 补码）。

3. round

   round 测试尾数小数部分的 MSB 是否为 1，如果是，则应用整数增量。因此目标被位移为整数并提取 MSB 小数位。如果实现包含早午餐，那么这可能会严重减慢速度，但通常更快的是提取 MSB 小数位到进位标志并使用adc。这仍然需要比abs 更多的工作，所以它应该更慢。

4. 那么为什么结果会这样呢？

   您的实施/平台是否使用 FPU 或软件仿真？在 FPU 上，两种操作的复杂性几乎相同（因为与 FPU 通信的开销通常比此类操作本身更大）。在仿真时，它取决于操作的实现和目标平台架构（管道、缓存控制...）

   我的猜测是：

   • abs 循环在缓存未命中时更糟
   • abs 的实现并没有达到应有的优化程度
   • round 由编译器优化，有时 round(x)=floor(a+0.5) 之前有 a-=0.5;，因为你不使用 a 其他任何东西，编译器可能会忽略 floor(random-0.5+0.5) 并直接使用 floor(random)

[注释]

您测得的 132 毫秒和 4.7 秒的时间对于您尝试过的硬件来说太大了？如今，对于常见的 PC 硬件和代码解释器，您编辑的时间要合理得多。你测量了超过 1 次吗？

如果你在browser中尝试这个，那么它可能会被其背景中的任何东西减慢（比如从不同的页面截取或仍在下载一些东西......）操作系统也可以暂停执行但不会那么多

Answer 2

不是答案，而是一些研究。

V8 引擎源码 (https://chromium.googlesource.com/v8/v8.git) 我在src/math.js 中找到了以下实现

Math.random

function MathRound(x) {
  return %RoundNumber(TO_NUMBER_INLINE(x));
}

%RoundNumber 应指代src/runtime/runtime-maths.cc

RUNTIME_FUNCTION(Runtime_RoundNumber) {
  HandleScope scope(isolate);
  DCHECK(args.length() == 1);
  CONVERT_NUMBER_ARG_HANDLE_CHECKED(input, 0);
  isolate->counters()->math_round()->Increment();

  if (!input->IsHeapNumber()) {
    DCHECK(input->IsSmi());
    return *input;
  }

  Handle<HeapNumber> number = Handle<HeapNumber>::cast(input);

  double value = number->value();
  int exponent = number->get_exponent();
  int sign = number->get_sign();

  if (exponent < -1) {
    // Number in range ]-0.5..0.5[. These always round to +/-zero.
    if (sign) return isolate->heap()->minus_zero_value();
    return Smi::FromInt(0);
  }

  // We compare with kSmiValueSize - 2 because (2^30 - 0.1) has exponent 29 and
  // should be rounded to 2^30, which is not smi (for 31-bit smis, similar
  // argument holds for 32-bit smis).
  if (!sign && exponent < kSmiValueSize - 2) {
    return Smi::FromInt(static_cast<int>(value + 0.5));
  }

  // If the magnitude is big enough, there's no place for fraction part. If we
  // try to add 0.5 to this number, 1.0 will be added instead.
  if (exponent >= 52) {
    return *number;
  }

  if (sign && value >= -0.5) return isolate->heap()->minus_zero_value();

  // Do not call NumberFromDouble() to avoid extra checks.
  return *isolate->factory()->NewNumber(Floor(value + 0.5));
}

数学.abs

function MathAbs(x) {
  x = +x;
  return (x > 0) ? x : 0 - x;
}

Node.JS 使用 V8 引擎，Chrome 也是如此

我的测试用例：

var randoms = [];
for (var i = 0; i < 100000; i++) {
    randoms.push(Math.random() - 0.5);
}

for(var r = 0; r < randoms.length; r++) {
    console.time('round');
    for (var i = 0; i < randoms.length; i++) {
        Math.round(randoms[i]);
    }
    console.timeEnd('round');

    console.time('abs');
        for (var i = 0; i < randoms.length; i++) {
        Math.abs(randoms[i]);
    }
    console.timeEnd('abs');  
}

结果：

• Chrome (42.0.2311.152 m) - Math.random 更快
• Node.JS (v0.10.29) - Math.abs 更快

想法

通过 V8 源，我希望 Math.abs 更快，它在 Node.JS 中，但不在 Chrome 中。

想法为什么？