L'opérateur ternaire est deux fois plus lent qu'un bloc if-else ?

Question

J'ai lu partout que l'opérateur ternaire est censé être plus rapide que son équivalent, ou au moins le même. if - else bloc.

Cependant, j'ai fait le test suivant et j'ai découvert que ce n'est pas le cas :

Random r = new Random();
int[] array = new int[20000000];
for(int i = 0; i < array.Length; i++)
{
    array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
}
Array.Sort(array);

long value = 0;
DateTime begin = DateTime.UtcNow;

foreach (int i in array)
{
    if (i > 0)
    {
        value += 2;
    }
    else
    {
        value += 3;
    }
    // if-else block above takes on average 85 ms

    // OR I can use a ternary operator:
    // value += i > 0 ? 2 : 3; // takes 157 ms
}
DateTime end = DateTime.UtcNow;
MessageBox.Show("Measured time: " + (end-begin).TotalMilliseconds + " ms.\r\nResult = " + value.ToString());

Mon ordinateur a mis 85 ms pour exécuter le code ci-dessus. Mais si je commente le if - else et décommentez la ligne de l'opérateur ternaire, cela prendra environ 157 ms.

Pourquoi cela se produit-il ?

Answer 1

Pour répondre à cette question, nous allons examiner le code assembleur produit par les JIT X86 et X64 pour chacun de ces cas.

X86, si/alors

    32:                 foreach (int i in array)
0000007c 33 D2                xor         edx,edx 
0000007e 83 7E 04 00          cmp         dword ptr [esi+4],0 
00000082 7E 1C                jle         000000A0 
00000084 8B 44 96 08          mov         eax,dword ptr [esi+edx*4+8] 
    33:                 {
    34:                     if (i > 0)
00000088 85 C0                test        eax,eax 
0000008a 7E 08                jle         00000094 
    35:                     {
    36:                         value += 2;
0000008c 83 C3 02             add         ebx,2 
0000008f 83 D7 00             adc         edi,0 
00000092 EB 06                jmp         0000009A 
    37:                     }
    38:                     else
    39:                     {
    40:                         value += 3;
00000094 83 C3 03             add         ebx,3 
00000097 83 D7 00             adc         edi,0 
0000009a 42                   inc         edx 
    32:                 foreach (int i in array)
0000009b 39 56 04             cmp         dword ptr [esi+4],edx 
0000009e 7F E4                jg          00000084 
    30:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000a0 41                   inc         ecx 
000000a1 3B 4D F0             cmp         ecx,dword ptr [ebp-10h] 
000000a4 7C D6                jl          0000007C 

X86, ternaire

    59:                 foreach (int i in array)
00000075 33 F6                xor         esi,esi 
00000077 83 7F 04 00          cmp         dword ptr [edi+4],0 
0000007b 7E 2D                jle         000000AA 
0000007d 8B 44 B7 08          mov         eax,dword ptr [edi+esi*4+8] 
    60:                 {
    61:                     value += i > 0 ? 2 : 3;
00000081 85 C0                test        eax,eax 
00000083 7F 07                jg          0000008C 
00000085 BA 03 00 00 00       mov         edx,3 
0000008a EB 05                jmp         00000091 
0000008c BA 02 00 00 00       mov         edx,2 
00000091 8B C3                mov         eax,ebx 
00000093 8B 4D EC             mov         ecx,dword ptr [ebp-14h] 
00000096 8B DA                mov         ebx,edx 
00000098 C1 FB 1F             sar         ebx,1Fh 
0000009b 03 C2                add         eax,edx 
0000009d 13 CB                adc         ecx,ebx 
0000009f 89 4D EC             mov         dword ptr [ebp-14h],ecx 
000000a2 8B D8                mov         ebx,eax 
000000a4 46                   inc         esi 
    59:                 foreach (int i in array)
000000a5 39 77 04             cmp         dword ptr [edi+4],esi 
000000a8 7F D3                jg          0000007D 
    57:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000aa FF 45 E4             inc         dword ptr [ebp-1Ch] 
000000ad 8B 45 E4             mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch] 
000000b0 3B 45 F0             cmp         eax,dword ptr [ebp-10h] 
000000b3 7C C0                jl          00000075 

X64, si/alors

    32:                 foreach (int i in array)
00000059 4C 8B 4F 08          mov         r9,qword ptr [rdi+8] 
0000005d 0F 1F 00             nop         dword ptr [rax] 
00000060 45 85 C9             test        r9d,r9d 
00000063 7E 2B                jle         0000000000000090 
00000065 33 D2                xor         edx,edx 
00000067 45 33 C0             xor         r8d,r8d 
0000006a 4C 8B 57 08          mov         r10,qword ptr [rdi+8] 
0000006e 66 90                xchg        ax,ax 
00000070 42 8B 44 07 10       mov         eax,dword ptr [rdi+r8+10h] 
    33:                 {
    34:                     if (i > 0)
00000075 85 C0                test        eax,eax 
00000077 7E 07                jle         0000000000000080 
    35:                     {
    36:                         value += 2;
00000079 48 83 C5 02          add         rbp,2 
0000007d EB 05                jmp         0000000000000084 
0000007f 90                   nop 
    37:                     }
    38:                     else
    39:                     {
    40:                         value += 3;
00000080 48 83 C5 03          add         rbp,3 
00000084 FF C2                inc         edx 
00000086 49 83 C0 04          add         r8,4 
    32:                 foreach (int i in array)
0000008a 41 3B D2             cmp         edx,r10d 
0000008d 7C E1                jl          0000000000000070 
0000008f 90                   nop 
    30:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
00000090 FF C1                inc         ecx 
00000092 41 3B CC             cmp         ecx,r12d 
00000095 7C C9                jl          0000000000000060 

X64, ternaire

    59:                 foreach (int i in array)
00000044 4C 8B 4F 08          mov         r9,qword ptr [rdi+8] 
00000048 45 85 C9             test        r9d,r9d 
0000004b 7E 2F                jle         000000000000007C 
0000004d 45 33 C0             xor         r8d,r8d 
00000050 33 D2                xor         edx,edx 
00000052 4C 8B 57 08          mov         r10,qword ptr [rdi+8] 
00000056 8B 44 17 10          mov         eax,dword ptr [rdi+rdx+10h] 
    60:                 {
    61:                     value += i > 0 ? 2 : 3;
0000005a 85 C0                test        eax,eax 
0000005c 7F 07                jg          0000000000000065 
0000005e B8 03 00 00 00       mov         eax,3 
00000063 EB 05                jmp         000000000000006A 
00000065 B8 02 00 00 00       mov         eax,2 
0000006a 48 63 C0             movsxd      rax,eax 
0000006d 4C 03 E0             add         r12,rax 
00000070 41 FF C0             inc         r8d 
00000073 48 83 C2 04          add         rdx,4 
    59:                 foreach (int i in array)
00000077 45 3B C2             cmp         r8d,r10d 
0000007a 7C DA                jl          0000000000000056 
    57:             for (int x = 0; x < iterations; x++)
0000007c FF C1                inc         ecx 
0000007e 3B CD                cmp         ecx,ebp 
00000080 7C C6                jl          0000000000000048 

Premièrement : pourquoi le code X86 tellement plus lent que X64 ?

Cela est dû aux caractéristiques suivantes du code :

1. X64 dispose de plusieurs registres supplémentaires, et chaque registre est de 64 bits. Cela permet au JIT X64 d'effectuer la boucle interne entièrement en utilisant des registres en dehors du chargement de i à partir du tableau, alors que le JIT X86 place plusieurs opérations de pile (accès à la mémoire) dans la boucle.
2. value est un entier de 64 bits, qui nécessite 2 instructions machine sur X86 ( add suivi par adc ) mais seulement 1 sur X64 ( add ).

Deuxièmement : pourquoi l'opérateur ternaire est-il plus lent sur X86 et X64 ?

Cela est dû à une différence subtile dans l'ordre des opérations qui a un impact sur l'optimiseur du JIT. Pour réaliser le JIT de l'opérateur ternaire, plutôt que de coder directement 2 et 3 dans le add Les instructions machine elles-mêmes, le JIT créant une variable intermédiaire (dans un registre) pour contenir le résultat. Ce registre est ensuite étendu en signe de 32 bits à 64 bits avant d'être ajouté à value . Comme tout ceci est effectué dans des registres pour X64, malgré l'augmentation significative de la complexité de l'opérateur ternaire, l'impact net est quelque peu minimisé.

Le JIT X86, quant à lui, est davantage affecté car l'ajout d'une nouvelle valeur intermédiaire dans la boucle interne entraîne le "déversement" d'une autre valeur, ce qui se traduit par au moins 2 accès supplémentaires à la mémoire dans la boucle interne (voir les accès à [ebp-14h] dans le code ternaire X86).

Answer 2

EDIT : Tout change... voir ci-dessous.

Je ne peux pas reproduire vos résultats sur le CLR x64, mais je peut sur x86. Sur x64, je peux voir un petit Il y a une différence (moins de 10 %) entre l'opérateur conditionnel et le if/else, mais elle est beaucoup plus faible que ce que vous voyez.

J'ai apporté les changements potentiels suivants :

• Exécuter dans une application console
• Construire avec /o+ /debug- et exécuté en dehors du débogueur
• Exécutez les deux morceaux de code une fois pour les assembler, puis plusieurs fois pour plus de précision.
• Utilisez Stopwatch

Résultats avec /platform:x64 (sans les lignes "ignorer") :

if/else with 1 iterations: 17ms
conditional with 1 iterations: 19ms
if/else with 1000 iterations: 17875ms
conditional with 1000 iterations: 19089ms

Résultats avec /platform:x86 (sans les lignes "ignorer") :

if/else with 1 iterations: 18ms
conditional with 1 iterations: 49ms
if/else with 1000 iterations: 17901ms
conditional with 1000 iterations: 47710ms

Les détails de mon système :

• x64 i7-2720QM CPU @2.20GHz
• Windows 8 64 bits
• .NET 4.5

Donc contrairement à avant, je pense que vous sont de voir une réelle différence - et c'est tout à faire avec le JIT x86. Je ne voudrais pas dire exactement ce que est à l'origine de la différence - je mettrai peut-être à jour le post plus tard avec plus de détails si je peux prendre la peine d'aller dans cordbg :)

Il est intéressant de noter que, sans trier le tableau au préalable, je me retrouve avec des tests qui prennent environ 4,5 fois plus de temps, du moins sur x64. Je pense que cela a à voir avec la prédiction des branches.

Code :

using System;
using System.Diagnostics;

class Test
{
    static void Main()
    {
        Random r = new Random(0);
        int[] array = new int[20000000];
        for(int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
        }
        Array.Sort(array);
        // JIT everything...
        RunIfElse(array, 1);
        RunConditional(array, 1);
        // Now really time it
        RunIfElse(array, 1000);
        RunConditional(array, 1000);
    }

    static void RunIfElse(int[] array, int iterations)
    {        
        long value = 0;
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        for (int x = 0; x < iterations; x++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                if (i > 0)
                {
                    value += 2;
                }
                else
                {
                    value += 3;
                }
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("if/else with {0} iterations: {1}ms",
                          iterations,
                          sw.ElapsedMilliseconds);
        // Just to avoid optimizing everything away
        Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
    }

    static void RunConditional(int[] array, int iterations)
    {        
        long value = 0;
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        for (int x = 0; x < iterations; x++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                value += i > 0 ? 2 : 3;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("conditional with {0} iterations: {1}ms",
                          iterations,
                          sw.ElapsedMilliseconds);
        // Just to avoid optimizing everything away
        Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
    }
}

Answer 3

La différence n'a pas grand-chose à voir avec la différence entre if/else et ternaire.

En regardant les désassemblages jitted (je ne vais pas recoller ici, veuillez voir la réponse de @280Z28), il s'avère que vous êtes comparer des pommes et des oranges . Dans un cas, vous créez deux += avec des valeurs constantes et celle que vous choisissez dépend d'une condition, et dans l'autre cas, vous créez une opération += où le valeur ajoutée dépend d'une condition.

Si vous voulez vraiment comparer if/else et ternaire, ce serait une comparaison plus juste (maintenant les deux seront aussi "lents" l'un que l'autre, ou on pourrait même dire que le ternaire est un peu plus rapide) :

int diff;
if (i > 0) 
    diff = 2;
else 
    diff = 3;
value += diff;

vs.

value += i > 0 ? 2 : 3;

Maintenant, le démontage pour le if/else devient comme indiqué ci-dessous. Notez que c'est un peu plus mauvais que le cas ternaire, puisqu'il abandonne l'utilisation des registres pour la variable de la boucle( i ) également.

                if (i > 0)
0000009d  cmp         dword ptr [ebp-20h],0 
000000a1  jle         000000AD 
                {
                    diff = 2;
000000a3  mov         dword ptr [ebp-24h],2 
000000aa  nop 
000000ab  jmp         000000B4 
                }
                else
                {
                    diff = 3;
000000ad  mov         dword ptr [ebp-24h],3 
                }
                value += diff;
000000b4  mov         eax,dword ptr [ebp-18h] 
000000b7  mov         edx,dword ptr [ebp-14h] 
000000ba  mov         ecx,dword ptr [ebp-24h] 
000000bd  mov         ebx,ecx 
000000bf  sar         ebx,1Fh 
000000c2  add         eax,ecx 
000000c4  adc         edx,ebx 
000000c6  mov         dword ptr [ebp-18h],eax 
000000c9  mov         dword ptr [ebp-14h],edx 
000000cc  inc         dword ptr [ebp-28h]

Answer 4

Edit :

Ajout d'un exemple qui peut être fait avec l'instruction if-else mais pas avec l'opérateur conditionnel.

---

Avant de répondre, veuillez jeter un coup d'oeil à [ Lequel est le plus rapide ? ] sur le blog de M. Lippert. Et je pense Réponse de M. Ersönmez est le plus correct ici.

J'essaie de mentionner quelque chose que nous devrions garder à l'esprit avec un langage de programmation de haut niveau.

Tout d'abord, je n'ai jamais entendu dire que l'opérateur conditionnel était censé être plus rapide ou aussi performant que l'instruction if-else. en C .

La raison en est simple : et si l'instruction if-else n'est pas utilisée ?

if (i > 0)
{
    value += 2;
}
else
{
}

L'exigence de l'opérateur conditionnel est il doit y avoir une valeur avec l'un ou l'autre côté, et en C il faut aussi que les deux côtés de : a le même type. Cela la rend simplement différente de l'instruction if-else. Ainsi votre question devient une question demandant comment l'instruction du code machine est générée pour que la différence de performance.

Avec l'opérateur conditionnel, c'est sémantiquement le cas :

Quelle que soit l'expression évaluée, il y a une valeur.

Mais avec l'instruction if-else :

Si l'expression est évaluée comme vraie, faites quelque chose ; sinon, faites autre chose.

Une valeur n'est pas nécessairement impliquée dans l'instruction if-else. Votre hypothèse n'est possible qu'avec l'optimisation.

Un autre exemple pour démontrer la différence entre les deux serait le suivant :

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };

if(i>0)
    array1[1]=4;
else
    array2[2]=4;

le code ci-dessus compile, cependant, remplacer l'instruction if-else par l'opérateur conditionnel ne compile pas :

var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };
(i>0?array1[1]:array2[2])=4; // incorrect usage 

L'opérateur conditionnel et les instructions if-else sont des concepts identiques lorsque vous faites la même chose, cela peut même être plus rapide avec l'opérateur conditionnel. en C puisque C est plus proche de l'assemblage de la plate-forme.

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Dans le code original que vous avez fourni, l'opérateur conditionnel est utilisé dans une boucle foreach, ce qui rendrait difficile de voir la différence entre les deux. Je propose donc le code suivant :

public static class TestClass {
    public static void TestConditionalOperator(int i) {
        long value=0;
        value+=i>0?2:3;
    }

    public static void TestIfElse(int i) {
        long value=0;

        if(i>0) {
            value+=2;
        }
        else {
            value+=3;
        }
    }

    public static void TestMethod() {
        TestConditionalOperator(0);
        TestIfElse(0);
    }
}

et ce qui suit sont deux versions de l'IL de optimisé et non. Comme elles sont longues, j'utilise une image pour les montrer, la partie droite est la version optimisée :

(Cliquez pour voir l'image en taille réelle.)

Dans les deux versions du code, le IL de l'opérateur conditionnel semble plus court que l'instruction if-else, et il y a toujours un doute sur le code machine finalement généré. Voici les instructions des deux méthodes, la première image est non optimisée, la seconde est optimisée :

• Instructions non optimisées : (Cliquez pour voir l'image en taille réelle.)

• Instructions optimisées : (Cliquez pour voir l'image en taille réelle.)

Dans ce dernier, le bloc jaune est le code qui n'est exécuté que si i<=0 et le bloc bleu est lorsque i>0 . Dans les deux versions d'instructions, l'instruction if-else est plus courte.

Notez que, pour différentes instructions, les [ IPC ] n'est pas nécessairement la même chose. Logiquement, pour une instruction identique, plus d'instructions coûtent un cycle plus long. Mais si le temps de récupération des instructions et le pipe/cache sont également pris en compte, alors le temps total réel d'exécution dépend du processeur. Le processeur peut également prédire les branches.

Les processeurs modernes ont encore plus de cœurs, les choses peuvent être plus complexes avec cela. Si vous utilisez un processeur Intel, vous devriez jeter un coup d'oeil à [ Manuel de référence sur l'optimisation des architectures Intel® 64 et IA-32 ].

Je ne sais pas s'il existait un CLR implémenté par le matériel, mais si c'est le cas, vous serez probablement plus rapide avec un opérateur conditionnel car l'IL est évidemment moindre.

_{Note : Tous les codes machine sont de type x86.}

Answer 5

J'ai fait ce que Jon Skeet a fait et j'ai parcouru 1 itération et 1 000 itérations et j'ai obtenu un résultat différent de celui d'OP et de Jon. Dans le mien, le ternaire est juste légèrement plus rapide. Voici le code exact :

static void runIfElse(int[] array, int iterations)
    {
        long value = 0;
        Stopwatch ifElse = new Stopwatch();
        ifElse.Start();
        for (int c = 0; c < iterations; c++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                if (i > 0)
                {
                    value += 2;
                }
                else
                {
                    value += 3;
                }
            }
        }
        ifElse.Stop();
        Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for If-Else: {0}", ifElse.Elapsed));
    }

    static void runTernary(int[] array, int iterations)
    {
        long value = 0;
        Stopwatch ternary = new Stopwatch();
        ternary.Start();
        for (int c = 0; c < iterations; c++)
        {
            foreach (int i in array)
            {
                value += i > 0 ? 2 : 3;
            }
        }
        ternary.Stop();

        Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for Ternary: {0}", ternary.Elapsed));
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Random r = new Random();
        int[] array = new int[20000000];
        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
        }
        Array.Sort(array);

        long value = 0;

        runIfElse(array, 1);
        runTernary(array, 1);
        runIfElse(array, 1000);
        runTernary(array, 1000);

        Console.ReadLine();
    }

La sortie de mon programme :

Temps écoulé pour If-Else : 00:00:00.0140543

Temps écoulé pour Ternary : 00:00:00.0136723

Temps écoulé pour If-Else : 00:00:14.0167870

Temps écoulé pour Ternary : 00:00:13.9418520

Une autre course en millisecondes :

Temps écoulé pour If-Else : 20

Temps écoulé pour le Ternaire : 19

Temps écoulé pour If-Else : 13854

Temps écoulé pour le Ternaire : 13610

Le système fonctionne sous XP 64 bits et je l'ai exécuté sans déboguer.

Edit - Exécution en x86 :

Il y a une grande différence avec les x86. Ceci a été fait sans débogage sur et sur la même machine xp 64-bit que précédemment, mais construite pour les CPU x86. Cela ressemble plus à celui de l'OP.

Temps écoulé pour If-Else : 18

Temps écoulé pour le Ternaire : 35

Temps écoulé pour If-Else : 20512

Temps écoulé pour le Ternaire : 32673