Почему этот цикл не отключается?

ProgramBox

Почему этот цикл не отключается?

Post author:admin
Запись опубликована:3 октября, 2022
Post category:Вопросы по программированию

#r #rcpp #compiler-optimization

#r #rcpp #оптимизация компилятора

Вопрос:

Я заметил много случаев, когда содержимое цикла в Rcpp (или чистом C) может быть «легко» отключено, но даже при -O3 оптимизации существует значительное преимущество в производительности при отключении вручную. Возьмем следующий простой пример, где я вижу разницу в 12% при отключении.

Это что-то особенное для Rcpp или R, или я делаю неверное предположение о моем коде или оптимизации компилятора?

 #include <Rcpp.h>
using namespace Rcpp;

// [[Rcpp::export]]
int which_first_equal_A(IntegerVector x, int a, bool not_equal = false) {
  int n = x.length();
  for (int i = 0; i < n;   i) {
    if (not_equal) {
      if (x[i] != a) {
        return i   1;
      }
    } else {
      if (x[i] == a) {
        return i   1;
      }
    }
  }
  return 0;
}

// [[Rcpp::export]]
int which_first_equal_B(IntegerVector x, int a, bool not_equal = false) {
  int n = x.length();
  if (not_equal) {
    for (int i = 0; i < n;   i) {
      if (x[i] != a) {
        return i   1;
      }
    }
  } else {
    for (int i = 0; i < n;   i) {
      if (x[i] == a) {
        return i   1;
      }
    }
  }
  return 0;
}


/***R
x <- integer(1e9)
bench::mark(which_first_equal_A(x, 1L),
            which_first_equal_B(x, 1L))
*/

/.R/Makevars

 PKG_CXXFLAGS = -O3 -funswitch-loops
PKG_LIBS = -O3 -funswitch-loops

 Rcpp::sourceCpp('~/rollers.cpp', verbose = TRUE, rebuild = TRUE)
#> 
#> Generated extern "C" functions 
#> --------------------------------------------------------
#> 
#> 
#> #include <Rcpp.h>
#> // which_first_equal_A
#> int which_first_equal_A(IntegerVector x, int a, bool not_equal);
#> RcppExport SEXP sourceCpp_1_which_first_equal_A(SEXP xSEXP, SEXP aSEXP, SEXP not_equalSEXP) {
#> BEGIN_RCPP
#>     Rcpp::RObject rcpp_result_gen;
#>     Rcpp::RNGScope rcpp_rngScope_gen;
#>     Rcpp::traits::input_parameter< IntegerVector >::type x(xSEXP);
#>     Rcpp::traits::input_parameter< int >::type a(aSEXP);
#>     Rcpp::traits::input_parameter< bool >::type not_equal(not_equalSEXP);
#>     rcpp_result_gen = Rcpp::wrap(which_first_equal_A(x, a, not_equal));
#>     return rcpp_result_gen;
#> END_RCPP
#> }
#> // which_first_equal_B
#> int which_first_equal_B(IntegerVector x, int a, bool not_equal);
#> RcppExport SEXP sourceCpp_1_which_first_equal_B(SEXP xSEXP, SEXP aSEXP, SEXP not_equalSEXP) {
#> BEGIN_RCPP
#>     Rcpp::RObject rcpp_result_gen;
#>     Rcpp::RNGScope rcpp_rngScope_gen;
#>     Rcpp::traits::input_parameter< IntegerVector >::type x(xSEXP);
#>     Rcpp::traits::input_parameter< int >::type a(aSEXP);
#>     Rcpp::traits::input_parameter< bool >::type not_equal(not_equalSEXP);
#>     rcpp_result_gen = Rcpp::wrap(which_first_equal_B(x, a, not_equal));
#>     return rcpp_result_gen;
#> END_RCPP
#> }
#> 
#> Generated R functions 
#> -------------------------------------------------------
#> 
#> `.sourceCpp_1_DLLInfo` <- dyn.load('C:/Users/hughp/AppData/Local/Temp/RtmpGYnUKa/sourceCpp-x86_64-w64-mingw32-1.0.5/sourcecpp_538057654375/sourceCpp_2.dll')
#`> 
#> which_first_equal_A <- Rcpp:::sourceCppFunction(function(x, a, not_equal = FALSE) {}, FALSE, `.sourceCpp_1_DLLInfo`, 'sourceCpp_1_which_first_equal_A')
#> which_first_equal_B <- Rcpp:::sourceCppFunction(function(x, a, not_equal = FALSE) {}, FALSE, `.sourceCpp_1_DLLInfo`, 'sourceCpp_1_which_first_equal_B')
#> 
#> rm(`.sourceCpp_1_DLLInfo`)
#> 
#> Building shared library
#> --------------------------------------------------------
#> 
#> DIR: C:/Users/hughp/AppData/Local/Temp/RtmpGYnUKa/sourceCpp-x86_64-w64-mingw32-1.0.5/sourcecpp_538057654375
#> 
#> C:/R/R-40~1.0/bin/x64/R CMD SHLIB --preclean -o "sourceCpp_2.dll" "rollers.cpp" 
#> "C:/rtools40/mingw64/bin/"g   -std=gnu  11  -I"C:/R/R-40~1.0/include" -DNDEBUG   -I"C:/R/R-4.0.0/library/Rcpp/include" -I"C:/Users/hughp/Documents" -I"C:/Users/hughp/inst/include"     -O3 -funswitch-loops   -O2 -Wall  -mfpmath=sse -msse2 -mstackrealign -c rollers.cpp -o rollers.o
#> C:/rtools40/mingw64/bin/g   -std=gnu  11 -shared -s -static-libgcc -o sourceCpp_6.dll tmp.def rollers.o -O3 -funswitch-loops -LC:/R/R-40~1.0/bin/x64 -lR

 #> 
#> > x <- integer(1e9)
#> 
#> > bench::mark(which_first_equal_A(x, 1L),
#>               which_first_equal_B(x, 1L))
#> # A tibble: 2 x 14
#>   expression       min      mean    median       max `itr/sec` mem_alloc  n_gc
#>   <chr>       <bch:tm>  <bch:tm>  <bch:tm>  <bch:tm>     <dbl> <bch:byt> <dbl>
#> 1 which_fir~ 576.724ms 576.724ms 576.724ms 576.724ms      1.73   2.492KB     0
#> 2 which_fir~ 504.358ms 504.358ms 504.358ms 504.358ms      1.98   2.492KB     0
#> # ... with 6 more variables: n_itr <int>, total_time <bch:tm>, result <list>,
#> #   memory <list>, time <list>, gc <list>

^{Создано 2020-11-28 пакетом reprex (версия 0.3.0)}

1. Вы смотрели / сравнивали сгенерированный код на ассемблере?

2. Переместите if()s из цикла. Вместо этого создайте два отдельных цикла, один для false и on для true. Будет выполнен только один из них.

3. Это действительно вопрос к gcc / g team и / или некоторым экспериментам в [CompilerExplorer](godbolt.org ]. Команда Rcpp не влияет на сгенерированный объектный код; мы просто добавляем (изрядное количество) кода glue C , чтобы R и C лучше взаимодействовали.

Ответ №1:

Я тестировал ваш код на нескольких машинах с разными компиляторами, и я могу подтвердить, что это происходит на gcc, как 4.8.5, так и 9.1.0.

Этого не происходит на Clang (Mac LLVM 10.0.0) (т. Е. И A, и B имеют одинаковую скорость).

Я также обнаружил «исправление» этой проблемы:

Не используйте int для цикла, используйте собственный тип индексации в этом случае R_xlen_t или size_t .

 // [[Rcpp::export]]
int which_first_equal_C(IntegerVector x, const int a, const bool not_equal) {
  R_xlen_t n = x.length();
  for (R_xlen_t i = 0; i < n;   i) {
    if (not_equal) {
      if (x[i] != a) {
        return i   1;
      }
    } else {
      if (x[i] == a) {
        return i   1;
      }
    }
  }
  return 0;
}

 x <- integer(1e7)
microbenchmark::microbenchmark(A=which_first_equal_A(x, 1L, F), 
                               B=which_first_equal_B(x, 1L, F),
                               C=which_first_equal_C(x, 1L, F), times=100)

Unit: milliseconds
 expr      min       lq     mean   median       uq      max neval cld
    A 5.651485 5.725665 6.110254 5.766312 5.891322 7.938720   100   c
    B 4.819980 4.913308 5.315103 4.964663 5.460507 6.866738   100  b 
    C 4.560159 4.638324 5.029065 4.695320 5.233892 7.138785   100 a  

x <- integer(1e9)
microbenchmark::microbenchmark(A=which_first_equal_A(x, 1L, F), 
                               B=which_first_equal_B(x, 1L, F),
                               C=which_first_equal_C(x, 1L, F), times=5)

Unit: milliseconds
 expr      min       lq     mean   median       uq      max neval cld
    A 643.2995 643.3866 643.6305 643.4289 643.7391 644.2983     5   c
    B 578.3032 579.0064 581.5769 579.5064 582.0040 589.0645     5  b 
    C 557.4450 557.4875 557.9307 557.7024 558.5055 558.5131     5 a

Tbh, я не совсем понимаю, почему gcc не смог оптимизировать цикл по int, но результаты говорят сами за себя.

PS: Также не помешает использовать const ключевое слово там, где это применимо, но это не повлияло на производительность.

1. Это отличная работа, как обычно. Не могли бы вы предоставить краткое описание which_first_equal_A и which_first_equal_B ?

2. Спасибо, это то же самое, что и в вопросе. Я не включил их в ответ, потому что это было бы долго.

Метки: Почему этот цикл не отключается?