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32位整数在64位环境下的性能表现（C++）

c++integerperformance
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我们已经开始编译我们一些应用程序的32位和64位版本。 我们项目中的一个人鼓励我们将所有32位整数转换为它们的64位等效项，即使这些值保证适合32位空间。 例如，我有一个保证不超过10,000的值，我正在使用无符号int存储它。他建议将其切换为size_t，以便在64位环境中扩展到64位，即使我们永远不需要额外的空间。 他说，使用64位变量将加速应用程序，而不管每个变量中存储的值如何。 他是对的吗？ 这将需要大量的工作，如果实际上没有任何区别，我就不想付出这种努力。
我们正在使用Microsoft Visual C++ 2008。虽然我希望得到更普遍且独立于平台的答案。
那么你认为呢？我们是否正确花费时间更改数据类型以提高性能，而不是范围原因？
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为什么不写一个基准测试来试一下呢？ - Amok
@Amuck，+1 鼓励你去尝试并发现它的好处。 - Carl Norum
我喜欢基准测试的想法，只要它不会花费我太多时间，因为我希望通过进行所有这些代码更改来避免浪费时间。 - Darryl
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如果这样做导致速度提升，我会感到惊讶，而且很可能会使您的代码运行更慢——内存带宽仍然是一个限制因素。通过全面采用64位整数而不是32位整数，您增加了需要在总线上移动的内存量，并增加了缓存未命中的机会。 - Michael
__int__类型根据语言定义应该是编译器上最高效的整数类型。为什么不检查一下sizeof(int)的结果呢？ - Martin York
6个回答
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我认为你正在面对一个严重的过早优化问题。在分析器明确告诉你这是导致性能问题的重要原因之前，请不要对应用程序进行微小更改。

否则，你将花费很多时间去“修复”不存在的问题。

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如果32位操作在64位寄存器中进行，需要发出一些额外的指令来处理设置进位/溢出标志等事情。虽然我不认为你会注意到任何明显的性能提高，但我几乎可以保证，在你的程序中还有更糟糕的瓶颈。

这在x64上是真的吗？我对它在汇编级别上不太熟悉，但如果是这样的话，对我来说有点令人惊讶。我知道问题并没有要求关于x64的具体信息，但我很想知道。 - Michael Burr
嗯，这是个好问题。我得拿出书来查一下。你可以想象，这从来不值得去弄清楚。我对ARM更熟悉，对于那种架构，使用本地大小在代码生成方面要好得多。使用8位类型会导致所有种类的额外掩码和移位操作在代码中出现。尽管如此，它通常不会对性能产生任何重大影响。 - Carl Norum
我也希望32位操作是通过特定的32位指令完成的，这些指令会处理进位/溢出标志。但我不确定！ - mmmmmmmm
@rstevens，我也考虑过这个问题；这就是拥有复杂指令集的优势之一！ - Carl Norum
哈哈，我可以保证还有更糟糕的瓶颈！ - Darryl
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首先，在64位环境中使用64位整数而不是32位整数通常不会加速任何操作。根据上下文和编译器的能力，这实际上可能会减慢速度。通常情况下，您应该优先使用 int/unsigned int 类型来存储程序中的整数值，并仅在真正需要时切换到其他类型。最终，这个问题的明确答案只能通过实际实验获得，因为它取决于太多变量。
其次，任何建议将 size_t 用作通用无符号类型的人都应立即被禁止访问代码，并在允许再次接触代码之前参加一些C/C++课程。
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一个反驳观点：使用short / int / long等类型有一定的风险，因为它们的行为不能保证在所有平台上都相同。例如，如果您将值存储为int类型，则在某些平台上可存储的最大值为(2^31)-1，在其他平台上则为(2^63)-1。在许多情况下，这种行为上的变化不会有任何影响，但在某些情况下却会有影响，而且很难事先确定哪些情况会出现问题。因此，int32_t、int64_t等类型更可取，因为它们在所有情况下明确定义了类型的行为。 - Jeremy Friesner
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不要这样做。这只意味着CPU无法在高速缓存中保存太多数据，而访问主存储器的惩罚比大多数其他操作都要高得多。

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使用64位整数与32位整数相比速度更快的想法是错误的。在您的代码中，更重要的是使用适当的类型。例如，当引用数组或数据结构的大小时，请使用size_t，因为这就是size_t应该表示的内容。如果您要存储一些数据，则使用int而不是size_t，因为这就是int所描述的内容。
不要仅仅将所有内容更改为size_t，因为它会“自动变成64位”，这可能不会带来任何改进。这将导致更大的内存开销，可能会由于较大的内存空间而导致应用程序由于缓存未命中而变慢。这还可能导致意外的错误。
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我猜（仅仅是猜测），如果增加内存导致某些内存访问失去了局部性，使得缓存更频繁地被清空，那么你可能看不到性能的提升，甚至可能会略微下降。

正如JaredPar所说，如果没有实际原因或者除非你需要更大范围的整数，否则这可能是浪费时间。

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