如何在将浮点数转换为字符串时加速代码？

Question

我已经对我的单元测试进行了分析，发现应用程序运行的大部分时间都花费在以下代码段中。这是一个将浮点数转换为字符串的函数。如何重写下面的代码以获得更好的速度性能？

我是否误读了报告，瓶颈在其他地方吗？

配置文件报告如下：

Total CPU % = 13.02%，Self CPU % .07，Total CPU(ms) 769，Self CPU 占总时间的百分比769毫秒。

共5907个采样中的769个。

std::string FloatToScientificString(float val, int width, int precision)
{
    std::stringstream buffer;
    buffer << std::scientific << std::setw(width) << std::setprecision(precision) << std::setfill(' ') << val;
    return buffer.str();
}

- agent_bean

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我想当我们调整当前解决方案时，格式应该保持不变，对吗？ - lubgr

将浮点数转换为字符串是一项复杂的操作，而C++流格式化程序并不是特别轻量级的代码。也许你可以尝试使用C格式化程序(sprintf(buf, "%*.*e", width, precision, val))来加快速度。 - Serge Ballesta

你真的需要将它转换为字符串吗？你获得字符串后会用它做什么？ - NathanOliver

"我已经对我的单元测试进行了分析" - 为什么？运行单元测试需要很长时间吗？如果不是，那就不用担心。 - Martin Bonner supports Monica

如果你想要提高开发效率，可以考虑使用类似于“持续集成”的工具以及支持工具，例如远程构建服务器。你可以尝试使用 travis-ci.org，它可以帮助你自动化构建和测试，并且甚至能够创建可部署的包。不必每次构建项目或提交源代码仓库时都运行单元测试，每天运行一次可能就足够了。 - Some programmer dude

Answer 1

如果可以使用外部库来实现此目标，则可以选择 fmtlib（该库可能会进入标准库），它声称比其他方法更快（请参见其基准测试）。

#include <fmt/format.h>

std::string FloatToScientificString(float val, int width, int precision)
{
    return fmt::format("{:>{}.{}e}", val, width, precision);
}

这应该返回一个与您原来的函数完全相同的字符串，并且与 std::*printf 方法一样，不会牺牲类型安全性。当使用abseil替代时（他们声称比printf系列更快），该函数如下所示：

#include <absl/strings/str_format.h>

std::string FloatToScientificString(float val, int width, int precision)
{
    return absl::StrFormat("%*.*e", width, precision, val);
}

还有 boost format，它不允许将宽度或精度说明符作为参数传递，但这同样有效：

#include <boost/format.hpp>

std::string FloatToScientificString(float val, int width, int precision)
{
    const std::string fmt = "%" + std::to_string(width) + "." +
        std::to_string(precision) + "e";

    return boost::str(boost::format(fmt) % val);
}

最后，没有使用除标准库以外的任何外部依赖（请注意，使用 std::snprintf 要优于 std::sprintf，因为可以检查缓冲区大小，但两个函数都不具备类型安全性）：

#include <cstdio>

std::string FloatToScientificString(float val, int width, int precision)
{
    static const int bufSize = 100;
    static char buffer[bufSize];

    std::snprintf(buffer, bufSize, "%*.*e", width, precision, val);

    return std::string(buffer);
}

正确分析这些选项可能是一个单独的主题。不过，任何这些选项都应该比使用 std::stringstream 的原始方法快得多，除了 std::snprintf 之外的所有代码片段都是类型安全的。

- lubgr

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@NoSenseEtAl，它基于Python的string::format；无论好坏如何，它已经被广泛地实际使用了。对于简单的用例，语法非常简单。 - Cubic

Answer 2

不要将传入的数据从浮点数转换为字符表示形式，而是应该尝试生成与传入二进制格式相对应的比较数据，可以使用一个工具仅生成一次可编译的二进制表格。

这样可以在运行时无需进行进一步的转换，就能够比较二进制/浮点数与二进制/浮点数数据。

此外，您可以进行一次测试，将传入的数据记录到某个存储器中，然后稍后再次进行比较。因此，您只需一次比较字符串表示形式，然后再根据存储的二进制数据进行比较。只要您的测试用例保持不变，就可以一直这样做。

- Klaus