主要观点:通过特定的代码可以用约 3 条 CPU 指令检查 0 ≤ y ≤ 102499 的年份是否为闰年,介绍了优化标准闰年检查方法、寻找位操作方法及扩展到其他位宽等内容,并进行了基准测试。
关键信息:
- 标准闰年检查方法:通过判断年份对 4、100、400 的余数来确定是否为闰年。
- 优化方法:将模运算替换为位掩码,如用
(y % 25)!= 0替换(y % 100)!= 0,用(y % 16) == 0替换(y % 400) == 0,还利用特定的乘法和常量来降低模运算的开销。 - 位操作方法:通过
((y * f) & m) <= t的形式,利用 z3 求解器找到合适的常量,实现快速判断闰年,其原理是通过对不同位范围的比较来统一多个条件。 - 扩展到其他位宽:通过搜索合适的常量来扩展到 64 位,找到的最佳常量在 64 位下能正确判断到 y = 5965232499 的年份。
- 基准测试:在 i7 - 8700K 上测试不同闰年检查函数的性能,
is_leap_year_fast比标准实现在随机数据上快 3.8 倍,在可预测输入上慢约 6%。
重要细节: - 给出了各种优化和位操作方法的原理及相关数学计算,如乘法常量的来源、不同条件下对年份的判断等。
- 解释了基准测试中出现的一些奇怪现象,如
is_leap_year2在随机情况下比is_leap_year慢,is_leap_year3在随机数据下比固定值慢等。 - 提到若要完全证明替换现有实现的合理性,需要有包含闰年检查子例程的实际数据基准测试。
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