簡單的數學運算在double上比在float數據類型上更快？

Question

可能重複：
Are doubles faster than floats in c#?

我寫了簡單的基準來檢查多少表現我可以在我的應用改變double數據類型來float。這裏是我的代碼：

// my form: 
    // one textbox: textbox1 (MultiLine property set to true) 
    // one button: button1 with event button1_Click 

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e) 
    { 

     int num = 10000000; 

     float[] floats1 = new float[num]; 
     float[] floats2 = new float[num]; 
     float[] floatsr = new float[num]; // array for results 
     double[] doubles1 = new double[num]; 
     double[] doubles2 = new double[num]; 
     double[] doublesr = new double[num]; // array for results 

     Stopwatch stw = new Stopwatch(); 

     log("Preparing data"); 

     Random rnd = new Random(); 

     stw.Start(); 

     for (int i = 0; i < num; i++) 
     { 
      floats1[i] = NextFloat(rnd); 
      floats2[i] = NextFloat(rnd); 
      doubles1[i] = rnd.NextDouble(); 
      doubles2[i] = rnd.NextDouble(); 
     } 
     stw.Stop(); 
     log(stw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString()+"ms"); 
     stw.Reset(); 




     log(""); 


     stw.Start(); 
     for (int i = 0; i <# i++) 
     { 
      floatsr[i] = floats1[i] * floats2[i]; 
     } 
     stw.Stop(); 
     log("Multiplying floats: " + stw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString() + "ms"); 
     stw.Reset(); 



     stw.Start(); 
     for (int i = 0; i < num; i++) 
     { 
      doublesr[i] = doubles1[i] * doubles2[i]; 
     } 
     stw.Stop(); 
     log("Multiplying doubles: " + stw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString() + "ms"); 
     stw.Reset(); 


     stw.Start(); 
     for (int i = 0; i < num; i++) 
     { 
      floatsr[i] = floats1[i]/floats2[i]; 
     } 
     stw.Stop(); 
     log("Dividing floats: " + stw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString() + "ms"); 
     stw.Reset(); 


     stw.Start(); 
     for (int i = 0; i < num; i++) 
     { 
      doublesr[i] = doubles1[i]/doubles2[i]; 
     } 
     stw.Stop(); 
     log("Dividing doubles: " + stw.Elapsed.TotalMilliseconds.ToString() + "ms"); 
     stw.Reset(); 

    } 

    private void log(string text) 
    { 
     textBox1.Text = textBox1.Text + text + Environment.NewLine; 
    } 

    // I found that function somewhere on stackoverflow 
    static float NextFloat(Random random) 
    { 
     double mantissa = (random.NextDouble() * 2.0) - 1.0; 
     double exponent = Math.Pow(2.0, random.Next(-126, 128)); 
     return (float)(mantissa * exponent); 
    } 

我得到了這樣的結果（版本，沒有調試，英特爾移動酷睿雙核T2500 2.0GHz的CPU 2MB）：

Preparing data 5275,6862ms 

Multiplying floats: 442,7865ms 
Multiplying doubles: 169,4028ms 
Dividing floats: 550,7052ms 
Dividing doubles: 164,1607ms 

我很驚訝，上double操作幾乎比float上的操作快3倍。我搜索了「雙浮」在這裏，我發現這一點：

Is using double faster than float?

最好的答案是專注於CPU架構，但我不能同意這一點。

我懷疑別的東西會導致浮點運算性能低下，因爲我的英特爾SSE CPU應該能夠一次乘以或分成4個浮點數（打包浮點指令），或者一次打2個雙精度浮點數。所以花車應該更快。

也許編譯器（或者.net中的clr）以某種方式優化內存使用？

有沒有什麼辦法來優化它，並使浮動更快？

請不要舉報重複，我看到其他問題，他們不滿足我。

---

我的結果改變方法產生花車現在看起來罰款後（由Servy建議）：

Preparing data 1367,0678ms 

Multiplying floats: 109,8742ms 
Multiplying doubles: 149,9555ms 
Dividing floats: 167,0079ms 
Dividing doubles: 168,6821ms 

Answer 1

它與您如何生成隨機數有關。乘積和劃分浮點數並不完全相同;這些數字的實際值很重要。在浮動的情況下，你正在一個相當大的範圍內填充一個值。如果您創建的浮標數量在0到1之間，就像雙打一樣，那麼它就會像您期望的那樣出現。只要改變NextFloat是這樣的：

static float NextFloat(Random random) 
{ 
    return (float) random.NextDouble(); 
} 

我只是跑了一些測試，並與改變花車分別爲33％快了乘法。

當然，這只是使比較「公平」的最簡單方法。爲了更好地理解浮點數如何與雙精度浮點數進行比較，您希望在各個類型的整個範圍之間生成隨機浮點數和雙精度浮點數，或者更好，這兩個浮點數都表示程序將使用的數據類型。

Answer 2

上彩車GPU業務仍然較快，在某些情況下，到目前爲止，因爲他們有32位浮點硬件。

您的x86（或x86_64）體系結構CPU在數學協處理器中沒有32位支持。甚至支持64位。 x87浮點單元使用80位算術。

現在，現代x86 CPU確實擁有支持32位和64位浮點運算的SIMD指令（MMX，SSE，AVX），並具有更高的性能 - 如果您可以在SIMD中執行所有操作單元。在SIMD和FPU之間移動數據會導致性能下降。

而.NET在當前版本中並未使用MMX或SSE或AVX。您可以嘗試Mono，它提供JIT編譯爲SIMD指令的內在方法。或者，您可以使用本機代碼來實現對性能敏感的部分，因爲現代C++編譯器不僅可以使用SIMD，還可以將普通代碼自動向量化爲SIMD指令。