内置类型的性能：char vs short vs int vs. float vs. double

Question

内置类型的性能：char vs short vs int vs. float vs. double

这可能看起来有点愚蠢但是看到Alexandre C 在其他主题中的回复，我很想知道如果内置类型有任何性能差异：

charVS shortVS int主场迎战float 主场迎战double。

通常我们在现实生活中没有考虑这种性能差异（如果有的话），但我想知道这是出于教育目的。可以问的一般问题是：

• 整数算术和浮点运算之间是否有任何性能差异？

• 哪个更快？更快的原因是什么？请解释一下。

Answer 1

绝对。首先，当然，它完全取决于所讨论的CPU架构。但是，积分和浮点类型的处理方式非常不同，因此以下情况几乎总是如此：对于简单的操作，积分类型很快。例如，整数加法通常只有一个周期的延迟，整数乘法通常约为2-4个周期，即IIRC。浮点类型用于执行速度慢得多。然而，在今天的CPU上，它们具有出色的吞吐量，并且每个浮点单元通常可以在每个周期中退出操作，从而导致与整数运算相同（或类似）的吞吐量。但是，延迟通常更糟。浮点加法通常具有大约4个周期的延迟（对于整数而言为1）。对于一些复杂的操作，情况是不同的，甚至是逆转的。例如，对FP的划分可能具有比整数更少的延迟，这仅仅是因为在两种情况下操作都很复杂，但它在FP值上更常用，因此可以花费更多精力（和晶体管）来优化该情况。在某些CPU上，双精度可能比浮点数慢得多。在某些体系结构中，没有用于双精度的专用硬件，因此它们通过传递两个浮点大小的块来处理，从而使您的吞吐量更低，延迟时间延长两倍。在其他（例如x86 FPU）上，两种类型都转换为相同的内部格式80位浮点（在x86的情况下），因此性能相同。在其他情况下，float和double都有适当的硬件支持，但由于float具有较少的位，因此可以更快地完成，通常相对于双操作减少一点延迟。免责声明：所有提及的时间和特征都是从内存中提取的。我看起来没什么，所以可能是错的。;）对于不同的整数类型，答案根据CPU架构而有很大差异。x86架构由于其悠久的历史，必须本身支持8,16,32（以及今天的64）位操作，并且通常它们都同样快速（它们使用基本相同的硬件，并且只有零根据需要输出高位。但是，在其他CPU上，小于a的数据类型int加载/存储的成本可能更高（向内存写入一个字节可能必须通过加载它所在的整个32位字来完成，然后进行位屏蔽以更新寄存器中的单个字节，然后将整个字写回）。同样，对于大于的数据类型int，某些CPU可能必须将操作拆分为两个，分别加载/存储/计算下半部分和上半部分。但是在x86上，答案是它并不重要。由于历史原因，CPU需要对每种数据类型都提供非常强大的支持。因此，您可能注意到的唯一区别是浮点运算具有更多延迟（但吞吐量相似，因此它们本身并不慢，至少如果您正确编写代码）

Answer 2

我认为没有人提到整数推广规则。在标准C / C ++中，不能对小于的类型执行任何操作int。如果char或short恰好小于当前平台上的int，则它们被隐式提升为int（这是bug的主要来源）。编译器需要进行隐式升级，没有违反标准就无法绕过它。整数提升意味着语言中的操作（加法，按位，逻辑等）不会出现在比int更小的整数类型上。因此，对char / short / int的操作通常同样快，因为前者被提升为后者。除了整数提升之外，还有“通常的算术转换”，这意味着C努力使两个操作数相同，如果它们不同，则将其中一个转换为两个中较大的一个。但是，CPU可以在8,16,32等级执行各种加载/存储操作。在8位和16位架构上，这通常意味着尽管有整数提升，但8位和16位类型更快。在32位CPU上，它实际上可能意味着较小的类型较慢，因为它希望将所有内容整齐地排列在32位块中。32位编译器通常优化速度，并在比指定空间更大的空间中分配更小的整数类型。虽然通常较小的整数类型当然比较大的整数类型占用更少的空间，所以如果你打算优化RAM大小，他们更喜欢。