Kann ein Vergleich zwei ersetzen, wenn Ganzzahlgrenzen überprüft werden?

Effiziente Prüfung ganzzahliger Grenzen: Ein One-Comparison-Ansatz

Eine entscheidende Operation bei verschiedenen Rechenaufgaben ist die Bestimmung, ob eine ganze Zahl innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Herkömmliche Methoden verwenden sowohl Größer-als- als auch Kleiner-als-Operatoren, was zu mehreren Vergleichen und möglichen Verzweigungen führt. Dies kann insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen zu einem spürbaren Leistungsaufwand führen.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, gibt es einen cleveren Trick, der nur einen Vergleich/Zweig nutzt. Diese Technik funktioniert wie folgt:

• Konvertieren sowohl der Ganzzahl als auch des Bereichs in vorzeichenlose Werte (ein Tipp für moderne Computer, die Zweierkomplement verwenden).
• Verwendung eines Kleiner-als-Operators (<) für eine inklusive Untergrenze und exklusive Obergrenze oder einen Kleiner-gleich-Operator (<=) für eine inklusive Obergrenze gebunden.

Wenn die Bedingung ((unsigned)(number-lower) < (upper-lower)) als wahr ausgewertet wird, liegt die Ganzzahl innerhalb des Bereichs.

Ein Vorteil Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die obere und untere Ebene vorberechnet, was außerhalb einer Schleife erfolgen kann. Dies reduziert die Gesamtrechenzeit. Darüber hinaus verbessert es die Verzweigungsvorhersage, da dieselbe Verzweigung genommen wird, unabhängig davon, ob die Zahl unter oder über dem Bereich liegt.

Auswirkungen in der Praxis:

In einer Box Dank der Unschärfefunktion, die Pixel auf einen Kreis innerhalb eines Quadrats beschränkt, führte diese Methode zu einer Geschwindigkeitssteigerung um eine Größenordnung im Vergleich zu den herkömmlichen Operatoren >= und <=. Die Codeprofilierung ergab eine deutliche Reduzierung der Verzweigungsanweisungen und demonstrierte damit die praktischen Vorteile dieser Optimierungstechnik.

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