正確なタイミング測定のために C でステートメントの順序を強制するにはどうすればよいですか?

C でのステートメント順序の強制 : 包括的な調査

問題:

特定のシナリオ、C で最適化を使用する場合でも、ステートメントの実行の特定の順序を維持することが重要です。 。これは、パフォーマンスを向上させるためにステートメントを並べ替えるコンパイラの機能が原因で発生します。

リクエスト:

この問題に対処するために、開発者は厳密な順序付けを強制できるツールまたはメカニズムを探しています。のステートメント。

応答:

基本的な課題:

言語機能またはコンパイラ ディレクティブのみを介して固定された実行順序を強制するC では本質的に困難です。これは、C の最適化の基本的な性質から生じます:

• 算術演算の並べ替え: コンパイラーは、整数の加算など、明確に定義されたセマンティクスを使用して演算を自由に並べ替えることができます。これは、これらの操作には目に見える副作用がないためです。
• 最適化バリアの不在: C には、ステートメントの並べ替えを防止できる操作またはディレクティブがありません。

代替アプローチ:

コンパイラーの動作の変更には制限がありますが、特定の数学演算のタイミングを調整するときに望ましい動作を実現するための実用的なテクニックがあります。

データ挟み込み:

入力と出力の両方を行うことによってオプティマイザにとってデータが不透明であるため、計算自体の最適化を考慮しながら、計算時間を確実に測定することが可能になります。これには以下が含まれます:

• 入力データを非表示にマークする: 関数内で低レベルのアセンブリ コードを使用して、入力を最適化不可能としてマークします。
• 出力データを非表示にマーク: 同様に、計算の結果を次のようにマークします。最適化できません。
• 実行時間の測定: 入力データと出力データのマーキング間の時間を正確に測定します。

マイクロベンチマーク ライブラリ:

Google Benchmark などのライブラリが機能を提供DoNotOptimize など、データ挟み込みを実現するために使用できます。これらの関数内で重要な計算をラップすることで、開発者は一貫した実行順序を確保できます。

例:

次のコードは、DoNotOptimize を使用して実行の時間を調整する方法を示しています。単純な数学演算:

#include <chrono>

static int foo(int x) { return x * 2; }

auto time_foo() {
  using Clock = std::chrono::high_resolution_clock;

  auto input = 42;

  auto t1 = Clock::now();
  DoNotOptimize(input);
  auto output = foo(input);
  DoNotOptimize(output);
  auto t2 = Clock::now();

  return t2 - t1;
}

DoNotOptimize を使用して入力データと出力データを保護します。最適化により、時間測定が foo() 関数の実行時間を正確に反映していることを確認できます。

結論:

C 言語機能のみを使用して固定ステートメント順序を強制することは現実的ではありませんが、マイクロベンチマーク ライブラリを使用してデータ挟み込み手法を採用すると、そのようなシナリオで実行時間を一貫して測定するための堅牢な方法が提供されます。

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