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有沒有一種快速的方法可以將8個ASCII十進制數字的字串轉換為二進制數?

2022-03-30 16:09:42 軟體設計

將8 位字符12345678視為字串。它可以轉換為每個位元組都包含一個數字的數字,如下所示:

const char* const str = "12345678";
const char* const base = "00000000";
const uint64_t unpacked = *reinterpret_cast<const uint64_t*>(str)
    - *reinterpret_cast<const uint64_t*>(base);

然后unpacked0x0807060504030201在一個小端系統上。

將數字轉換為 的最快方法是什么12345678,可能是通過將它乘以某個幻數或使用 SIMD 到 AVX2?

更新:12345678必須是存盤在 32 位或 64 位整數中的數字,而不是字串。

uj5u.com熱心網友回復:

二進制乘法只是一系列移位和加法。SWAR 方法不應該太難理解。有關詳細的演練,請參閱:

  • https://johnnylee-sde.github.io/Fast-numeric-string-to-int/
  • https://kholdstare.github.io/technical/2020/05/26/faster-integer-parsing.html
  • https://lemire.me/blog/2022/01/21/swar-explained-parsing-eight-digits/
  • http://0x80.pl/articles/simd-parsing-int-sequences.html
// http://govnokod.ru/13461
static inline
uint32_t parse_8digits_swar_classic (char* str) {
    uint64_t v;

    memcpy(&v, str, 8);
    v = (v & 0x0F0F0F0F0F0F0F0F) * 2561 >> 8;
    v = (v & 0x00FF00FF00FF00FF) * 6553601 >> 16;
    v = (v & 0x0000FFFF0000FFFF) * 42949672960001 >> 32;
    return v;
}

// attempt to improve the latency
static inline
uint32_t parse_8digits_swar_aqrit (char* str) {
    const uint64_t mask = 0x000000FF000000FF;
    uint64_t v, t;

    memcpy(&v, str, 8);
    v = (v * 10)   (v >> 8);
    t = (v & mask) * 0x000F424000000064;
    v = ((v >> 16) & mask) * 0x0000271000000001;
    v = (v   t   0xFF0915C600000000ULL) >> 32;
    return v;
}

// SSSE3 needs less `shift & mask` operations...
static inline
uint32_t parse_8digits_simd_ssse3 (char* str) {
    const __m128i mul1 = _mm_set_epi32(0, 0, 0x010A0A64, 0x14C814C8);
    const __m128i mul2 = _mm_set_epi32(0, 0, 0x0001000A, 0x00FA61A8);
    const __m128i mask = _mm_set1_epi8(0x0F);
    __m128i v;

    v = _mm_loadl_epi64((__m128i*)(void*)str);
    v = _mm_and_si128(v, mask);
    v = _mm_madd_epi16(_mm_maddubs_epi16(mul1, v), mul2);
    v = _mm_add_epi32(_mm_add_epi32(v, v), _mm_shuffle_epi32(v, 1));
    return (uint32_t)_mm_cvtsi128_si32(v);
}

uj5u.com熱心網友回復:

在沒有 AVX2 的舊 x86-64 系統上,這個基于以樹方式收集數字的簡單版本非常有效,根據我的測量,性能與基于 SWAR 的簡單實作相當。然而,這需要一個具有大量指令級并行性的處理器,因為當使用完全優化編譯時,它包含的指令比基于 SWAR 的代碼多 50%。

/* convert a string of exactly eight 'char' into a 32-bit unsigned integer */
uint32_t string_to_number (const char * s)
{
    uint32_t t0 = s[0] * 10   s[1];
    uint32_t t1 = s[2] * 10   s[3];
    uint32_t t2 = s[4] * 10   s[5];
    uint32_t t3 = s[6] * 10   s[7];
    uint32_t s0 = t0 * 100   t1;
    uint32_t s1 = t2 * 100   t3;
    uint32_t num = s0 * 10000   s1;
    uint32_t corr =
        '0' * 10000000  
        '0' * 1000000  
        '0' * 100000  
        '0' * 10000  
        '0' * 1000  
        '0' * 100  
        '0' * 10  
        '0' * 1;
    return num - corr;
}

uj5u.com熱心網友回復:

如果您將輸入格式更改為廣度優先元素順序,如下所示:

Sample 9 numbers, interleaved
digit[]:
1 1 1 1 1 1 1 1 1 ... 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ...
... 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ....

for(int j=0; j<num_parse; j =9)
{
    for(int i=0; i<9; i  )
    {
        value[i]  = 
          (multiplier[i]*=10)*
          (digit[i j]-'0');
    }
    // value vector copied to output
    // clear value & multiplier vectors
}

而且,如果您將不止 9 個值(例如 512 或 8192 與填充)轉換為 32 的任意倍數,編譯器應該對其進行向量化。

要準備輸入,您可以使用 8 個不同的通道,每個決議值的每個數字 1 個。

uj5u.com熱心網友回復:

我已經實作了一個小程式來測驗一些想法。AVX2 實作比 naive 快約 1.5 倍,中間是表實作:

AVX2: 12345678 in 3.42759
Naive: 12345678 in 5.12581
Table: 12345678 in 4.49478

源代碼:

#include <cstdlib>
#include <cstdint>
#include <immintrin.h>
#include <iostream>
using namespace std;

const __m256i mask = _mm256_set1_epi32(0xf);
const __m256i mul = _mm256_setr_epi32(10000000, 1000000, 100000, 10000, 1000, 100, 10, 1);

const volatile char* str = "12345678";
volatile uint32_t h;

const int64_t nIter = 1000LL * 1000LL * 1000LL;

inline void parse_avx2() {
  const char* const base = "00000000";
  const uint64_t unpacked = *reinterpret_cast<const volatile uint64_t*>(str)
    - *reinterpret_cast<const uint64_t*>(base);

  const __m128i a = _mm_set1_epi64x(unpacked);
  const __m256i b = _mm256_cvtepu8_epi32(a);
  const __m256i d = _mm256_mullo_epi32(b, mul);
  const __m128i e = _mm_add_epi32(_mm256_extractf128_si256(d, 0), _mm256_extractf128_si256(d, 1));
  const uint64_t f0 = _mm_extract_epi64(e, 0);
  const uint64_t f1 = _mm_extract_epi64(e, 1);
  const uint64_t g = f0   f1;
  h = (g>>32)   (g&0xffffffff);
}

inline void parse_naive() {
  const char* const base = "00000000";
  const uint64_t unpacked = *reinterpret_cast<const volatile uint64_t*>(str)
    - *reinterpret_cast<const uint64_t*>(base);

  const uint8_t* a = reinterpret_cast<const uint8_t*>(&unpacked);
  h = a[7]   a[6]*10   a[5]*100   a[4]*1000   a[3]*10000   a[2]*100000   a[1]*1000000   a[0]*10000000;
}

uint32_t summands[8][10];
inline void parse_table() {
  const char* const base = "00000000";
  const uint64_t unpacked = *reinterpret_cast<const volatile uint64_t*>(str)
    - *reinterpret_cast<const uint64_t*>(base);

  const uint8_t* a = reinterpret_cast<const uint8_t*>(&unpacked);
  h = summands[7][a[0]]   summands[6][a[1]]   summands[5][a[2]]   summands[4][a[3]]
      summands[3][a[4]]   summands[2][a[5]]   summands[1][a[6]]   summands[0][a[7]];
}

int main() {
  clock_t start = clock();
  for(int64_t i=0; i<nIter; i  ) {
    parse_avx2();
  }
  clock_t end = clock();
  cout << "AVX2: " << h << " in " << double(end-start)/CLOCKS_PER_SEC << endl;

  start = clock();
  for(int64_t i=0; i<nIter; i  ) {
    parse_naive();
  }
  end = clock();
  cout << "Naive: " << h << " in " << double(end-start)/CLOCKS_PER_SEC << endl;

  uint32_t mul=1;
  for(int i=0; i<8; i  , mul*=10) {
    for(int j=0; j<9; j  ) {
      summands[i][j] = j*mul;
    }
  }

  start = clock();
  for(int64_t i=0; i<nIter; i  ) {
    parse_table();
  }
  end = clock();
  cout << "Table: " << h << " in " << double(end-start)/CLOCKS_PER_SEC << endl;
  return 0;
}

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/452164.html

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