在现代硬件上，整数计算仍然比浮点计算快吗？

现代硬件上的浮点与整数计算

整数计算真的更快吗？

程序员长期以来一直相信整数计算是本质上比浮点计算更快。然而，这种假设对于现代多核处理器可能不再成立。

评估性能差距

为了评估各种 CPU 架构上整数和浮点计算的相对速度，让我们深入研究一下一些数据：

64 位 Intel Xeon X5550 @ 2.67GHz，gcc 4.1.2 -O3:

short add/sub: 1.005460 [0]
short mul/div: 3.926543 [0]
long add/sub: 0.000000 [0]
long mul/div: 7.378581 [0]
long long add/sub: 0.000000 [0]
long long mul/div: 7.378593 [0]
float add/sub: 0.993583 [0]
float mul/div: 1.821565 [0]
double add/sub: 0.993884 [0]
double mul/div: 1.988664 [0]

32 位双核 AMD Opteron(tm) 处理器 265 @ 1.81GHz，gcc 3.4.6 -O3:

short add/sub: 0.553863 [0]
short mul/div: 12.509163 [0]
long add/sub: 0.556912 [0]
long mul/div: 12.748019 [0]
long long add/sub: 5.298999 [0]
long long mul/div: 20.461186 [0]
float add/sub: 2.688253 [0]
float mul/div: 4.683886 [0]
double add/sub: 2.700834 [0]
double mul/div: 4.646755 [0]

这些结果表明，在这些架构上，之间的性能差距整数和浮点运算比较少。在某些情况下，浮点计算甚至可以比整数运算更快，特别是对于“long long”等较长的数据类型。

性能注意事项

有几个因素影响浮点的性能和整数计算：

• CPU架构：不同的CPU有不同的浮点单位（FPU）和整数算术逻辑单元（ALU）。一些 CPU 有专用的 FPU，而另一些 CPU 结合了 FPU 和 ALU。
• 超标量执行：现代 CPU 使用超标量架构，这允许它们并行执行多个指令。这可以显着提高浮点计算的性能，浮点计算可以处理比整数运算更多的独立运算。
• 浮点精度：浮点计算使用不同级别的精度（例如、单精度或双精度），这会影响性能。双精度计算通常较慢，但可以处理更广泛的值。

测试性能

准确测试特定目标硬件上浮点和整数计算的性能，使用以下步骤：

1. 编写简单的测试程序来执行所需的计算。
2. 使用相同的优化设置编译程序。
3. 多次运行程序以减少系统差异的影响性能。
4. 比较执行时间以确定相对速度

结论

虽然整数计算曾经明显快于浮点计算，但在现代硬件上，这种差距已经显着缩小。超标量架构、专用 FPU 和高效的浮点库使得浮点运算的速度可与整数运算相媲美。因此，在假设整数计算本质上更快之前，有必要评估特定的硬件和工作负载。

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