通过位运算更快地实现Math.abs()函数

Question

通过位运算更快地实现Math.abs()函数

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Math.abs(x)的正常实现（由Oracle实现）是：

public static double abs(double a) {
  return (a <= 0.0D) ? 0.0D - a : a;
}

难道将数字符号的一位编码设置为零（或一）不是更快吗？我认为只有一个比特编码数字的符号，并且它总是相同的比特，但我可能错了。

还是说我们的计算机通常无法使用原子指令对单个位进行操作？

如果可能实现更快的实现，你能给出吗？

编辑：

有人向我指出Java代码是平台无关的，因此它不能依赖于单个机器的原子指令。然而，为了优化代码，JVM热点优化器会考虑机器的具体情况，并且可能应用正在考虑的优化。

然而，通过简单的测试，我发现至少在我的机器上，Math.abs函数似乎没有被优化为单个原子指令。我的代码如下：

    long before = System.currentTimeMillis();
    int o = 0;
    for (double i = 0; i<1000000000; i++)
        if ((i-500)*(i-500)>((i-100)*2)*((i-100)*2)) // 4680 ms
            o++;
    System.out.println(o);
    System.out.println("using multiplication: "+(System.currentTimeMillis()-before));
    before = System.currentTimeMillis();
    o = 0;
    for (double i = 0; i<1000000000; i++)
        if (Math.abs(i-500)>(Math.abs(i-100)*2)) // 4778 ms
            o++;
    System.out.println(o);
    System.out.println("using Math.abs: "+(System.currentTimeMillis()-before));

这将给我以下输出：

234
using multiplication: 4985
234
using Math.abs: 5587

假设乘法是通过一个原子指令执行的，在我的机器上，JVM hotspot优化器似乎没有将Math.abs函数优化为单一指令操作。

- Tim Kuipers

尝试使用64位JVM或使用“-server”选项来进行基准测试。在我的机器上，abs比乘法更快。 - Holger

同上。我也进行了测试。对于我来说，abs更快。 - Mark Amabile

2个回答

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我不是Java专家，但我认为问题在于这个定义在该语言中无法表示。对浮点数进行位运算是机器格式特定的，因此不可移植，因此在Java中不允许。我不确定任何JIT编译器是否会进行优化。

- DrC

在Java中，格式已经很好地指定了（大多数FPUs都使用此格式）。请参见doubleToRawLongBits。 - Holger

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可以查看英文原文，
原文链接

- Holger · Accepted Answer

我最初的想法是，这是由于 NaN（不是数字）的值，即如果输入为 NaN，它应该在没有任何更改的情况下返回。但是，哈罗德的测试表明，JVM 的内部优化不保留 NaN 的符号（除非您使用 StrictMath）。

Math.abs 的文档说：

换句话说，结果与以下表达式的值相同：Double.longBitsToDouble((Double.doubleToLongBits(a)<<1)>>>1)

所以，位操作的选项已知于此类的开发人员，但他们决定不使用它。

最可能的原因是，优化此 Java 代码没有意义。在大多数环境中，热点优化器会在遇到它时将其调用替换为适当的 FPU 指令。这也发生在许多 java.lang.Math 方法以及 Integer.rotateLeft 和类似方法中。它们可能有纯 Java 实现，但是如果 CPU 具有相应的指令，则 JVM 将使用该指令。