cvCeil() 比标准库快吗？答案

【问题标题】：is cvCeil() faster than standard library?cvCeil() 比标准库快吗？
【发布时间】：2020-03-24 05:43:34
【问题描述】：

我看到OpenCV实现了cvCeil函数：

CV_INLINE  int  cvCeil( double value )
{
#if defined _MSC_VER && defined _M_X64 || (defined __GNUC__ && defined __SSE2__&& !defined __APPLE__)
    __m128d t = _mm_set_sd( value );
    int i = _mm_cvtsd_si32(t);
    return i + _mm_movemask_pd(_mm_cmplt_sd(_mm_cvtsi32_sd(t,i), t));
#elif defined __GNUC__
    int i = (int)value;
    return i + (i < value);
#else
    int i = cvRound(value);
    float diff = (float)(i - value);
    return i + (diff < 0);
#endif
}

我很好奇这个实现的第一部分，即_mm_set_sd 相关的调用。它们会比 MSVCRT / libstdc++ / libc++ 更快吗？为什么？

【问题讨论】：

标签： c++ optimization c++-standard-library

【解决方案1】：

下面的一个简单基准告诉我，std::round 在启用 SSE4 的机器上运行速度提高了 3 倍以上，但在未启用 SSE4 时大约慢了 2 倍。

#include <cmath>
#include <chrono>
#include <sstream>
#include <iostream>
#include <opencv2/core/fast_math.hpp>

auto currentTime() { return std::chrono::steady_clock::now(); }

template<typename T, typename P>
std::string toString(std::chrono::duration<T,P> dt)
{
    std::ostringstream str;
    using namespace std::chrono;
    str << duration_cast<microseconds>(dt).count()*1e-3 << " ms";
    return str.str();
}

int main()
{
    volatile double x=34.234;
    volatile double y;
    constexpr auto MAX_ITER=100'000'000;
    const auto t0=currentTime();
    for(int i=0;i<MAX_ITER;++i)
        y=std::ceil(x);
    const auto t1=currentTime();
    for(int i=0;i<MAX_ITER;++i)
        y=cvCeil(x);
    const auto t2=currentTime();
    std::cout << "std::ceil: " << toString(t1-t0) << "\n"
                 "cvCeil   : " << toString(t2-t1) << "\n";
}

我在 GCC 8.3.0、glibc-2.27、Ubuntu 18.04.1 x86_64 上使用 -O3 选项在 Intel Core i7-3930K 3.2 GHz 上进行测试。

使用-msse4编译时的输出：

std::ceil: 39.357 ms
cvCeil   : 143.224 ms

不使用-msse4编译时的输出：

std::ceil: 274.945 ms
cvCeil   : 146.218 ms

很容易理解：SSE4.1 引入了ROUNDSD 指令，基本上就是std::round 所做的。在此之前，编译器必须执行一些比较/条件移动技巧，并且还必须确保这些技巧不会溢出。因此，cvCeil 版本牺牲了value>INT_MAX 和value<INT_MIN 的明确定义，获得了明确定义的值的加速。对于其他人，它具有未定义的行为（或者，对于内在函数，只会给出错误的结果）。

【讨论】：