C ++ - Leistungsherausforderung: Konvertierung von Ganzzahl in Standard :: Zeichenfolge

Kann jemand die Leistung meiner Ganzzahl mit dem unten verlinkten std :: string-Code übertreffen?

Es gibt bereits mehrere Fragen, die erklären, wie eine Ganzzahl in eine std::stringin C ++ konvertiert wird , wie diese , aber keine der bereitgestellten Lösungen ist effizient.

Hier ist kompilierbereiter Code für einige gängige Methoden, mit denen Sie konkurrieren können:

• Der "C ++ Weg" mit Stringstream: http://ideone.com/jh3Sa
• sprintf, den SO-er normalerweise leistungsbewussten empfehlen: http://ideone.com/82kwR

Entgegen der landläufigen Meinung verfügt es boost::lexical_castüber eine eigene Implementierung ( Whitepaper ) und verwendet keine stringstreamnumerischen Einfügeoperatoren. Ich würde wirklich gerne sehen, wie die Leistung verglichen wird, denn diese andere Frage legt nahe, dass es miserabel ist .

Und mein eigener Beitrag, der auf Desktop-Computern wettbewerbsfähig ist und einen Ansatz demonstriert, der im Gegensatz zu Algorithmen, die von Integer-Modulo abhängen, auch auf eingebetteten Systemen mit voller Geschwindigkeit ausgeführt wird:

• Bens Algorithmen: http://ideone.com/SsEUW

Wenn Sie diesen Code verwenden möchten, werde ich ihn unter einer vereinfachten BSD-Lizenz zur Verfügung stellen (kommerzielle Nutzung zulässig, Namensnennung erforderlich). Fragen Sie einfach.

Schließlich ist die Funktion ltoanicht standardisiert, aber weit verbreitet.

• ltoa-Version für alle, die einen Compiler haben, der sie bereitstellt (ideone nicht): http://ideone.com/T5Wim

Ich werde meine Leistungsmessungen in Kürze als Antwort veröffentlichen.

Regeln für Algorithmen

• Geben Sie Code für eine Konvertierung von mindestens 32-Bit-Ganzzahlen mit und ohne Vorzeichen in Dezimalzahlen an.
• Ausgabe als std::string.
• Keine Tricks, die mit Threading und Signalen nicht kompatibel sind (z. B. statische Puffer).
• Sie können einen ASCII-Zeichensatz annehmen.
• Stellen Sie sicher, dass Sie Ihren Code auf INT_MINeinem Zweierkomplement-Computer testen, auf dem der absolute Wert nicht darstellbar ist.
• Idealerweise sollte das Ausgabezeichen für Zeichen identisch mit der kanonischen C ++ Version verwenden stringstream, http://ideone.com/jh3Sa , aber alles , was als die richtige Zahl ist in Ordnung, zu klar verständlich ist.
• NEU : Obwohl Sie für den Vergleich alle gewünschten Compiler- und Optimierungsoptionen (außer vollständig deaktiviert) verwenden können, muss der Code auch unter mindestens VC ++ 2010 und g ++ kompiliert und korrekte Ergebnisse liefern.

Hoffnungsvolle Diskussion

Neben besseren Algorithmen möchte ich auch einige Benchmarks auf verschiedenen Plattformen und Compilern erhalten (verwenden wir den MB / s-Durchsatz als Standardmaßeinheit). Ich glaube, dass der Code für meinen Algorithmus (ich weiß, dass der sprintfBenchmark einige Verknüpfungen benötigt - jetzt behoben) ein standardmäßig genau definiertes Verhalten ist, zumindest unter der ASCII-Annahme, aber wenn Sie ein undefiniertes Verhalten oder Eingaben sehen, für die die Ausgabe erfolgt ist ungültig, bitte darauf hinweisen.

Schlussfolgerungen:

Für g ++ und VC2010 werden unterschiedliche Algorithmen ausgeführt, wahrscheinlich aufgrund der unterschiedlichen Implementierungen von std::stringjeweils. VC2010 macht mit NRVO eindeutig einen besseren Job, da es nur bei gcc hilfreich ist, die Wertrendite loszuwerden.

Es wurde festgestellt, dass Code sprintfum eine Größenordnung besser abschneidet. ostringstreamfällt um den Faktor 50 und mehr zurück.

Der Gewinner der Herausforderung ist user434507, der Code erstellt, der 350% meiner eigenen Geschwindigkeit auf gcc ausführt. Weitere Einträge sind aufgrund der Launen der SO-Community geschlossen.

Die aktuellen (endgültigen?) Speed ​​Champions sind:

• Für gcc: user434507 8-mal schneller als sprintf: http://ideone.com/0uhhX
• Für Visual C ++: Timo 15-mal schneller als sprintf: http://ideone.com/VpKO3

#include <string>

const char digit_pairs[201] = {
  "00010203040506070809"
  "10111213141516171819"
  "20212223242526272829"
  "30313233343536373839"
  "40414243444546474849"
  "50515253545556575859"
  "60616263646566676869"
  "70717273747576777879"
  "80818283848586878889"
  "90919293949596979899"
};


std::string& itostr(int n, std::string& s)
{
    if(n==0)
    {
        s="0";
        return s;
    }

    int sign = -(n<0);
    unsigned int val = (n^sign)-sign;

    int size;
    if(val>=10000)
    {
        if(val>=10000000)
        {
            if(val>=1000000000)
                size=10;
            else if(val>=100000000)
                size=9;
            else 
                size=8;
        }
        else
        {
            if(val>=1000000)
                size=7;
            else if(val>=100000)
                size=6;
            else
                size=5;
        }
    }
    else 
    {
        if(val>=100)
        {
            if(val>=1000)
                size=4;
            else
                size=3;
        }
        else
        {
            if(val>=10)
                size=2;
            else
                size=1;
        }
    }
    size -= sign;
    s.resize(size);
    char* c = &s[0];
    if(sign)
        *c='-';

    c += size-1;
    while(val>=100)
    {
       int pos = val % 100;
       val /= 100;
       *(short*)(c-1)=*(short*)(digit_pairs+2*pos); 
       c-=2;
    }
    while(val>0)
    {
        *c--='0' + (val % 10);
        val /= 10;
    }
    return s;
}

std::string& itostr(unsigned val, std::string& s)
{
    if(val==0)
    {
        s="0";
        return s;
    }

    int size;
    if(val>=10000)
    {
        if(val>=10000000)
        {
            if(val>=1000000000)
                size=10;
            else if(val>=100000000)
                size=9;
            else 
                size=8;
        }
        else
        {
            if(val>=1000000)
                size=7;
            else if(val>=100000)
                size=6;
            else
                size=5;
        }
    }
    else 
    {
        if(val>=100)
        {
            if(val>=1000)
                size=4;
            else
                size=3;
        }
        else
        {
            if(val>=10)
                size=2;
            else
                size=1;
        }
    }

    s.resize(size);
    char* c = &s[size-1];
    while(val>=100)
    {
       int pos = val % 100;
       val /= 100;
       *(short*)(c-1)=*(short*)(digit_pairs+2*pos); 
       c-=2;
    }
    while(val>0)
    {
        *c--='0' + (val % 10);
        val /= 10;
    }
    return s;
}

Dies wird auf Systemen explodieren, die nicht ausgerichtete Speicherzugriffe nicht zulassen (in diesem Fall die erste nicht ausgerichtete Zuweisung über *(short*) einen Segfault verursachen), sollte aber ansonsten sehr gut funktionieren.

Eine wichtige Sache zu tun ist, die Verwendung von zu minimieren std::string. (Ironisch, ich weiß.) In Visual Studio beispielsweise sind die meisten Aufrufe von Methoden von std :: string nicht inline, selbst wenn Sie in den Compileroptionen / Ob2 angeben. Selbst etwas so Triviales wie ein Aufruf von std::string::clear(), von dem Sie erwarten können, dass es sehr schnell ist, kann 100 Clockticks beim Verknüpfen von CRT als statische Bibliothek und bis zu 300 Clockticks beim Verknüpfen als DLL benötigen.

Aus dem gleichen Grund ist die Rückgabe per Referenz besser, da eine Zuweisung, ein Konstruktor und ein Destruktor vermieden werden.

Ah, übrigens eine großartige Herausforderung ... Ich hatte viel Spaß damit.

Ich muss zwei Algorithmen einreichen (Code befindet sich unten, wenn Sie Lust haben, dorthin zu springen). In meinen Vergleichen muss die Funktion einen String zurückgeben und int und unsigned int verarbeiten können. Das Vergleichen von Dingen, die keine Zeichenfolge erstellen, mit denen, die dies tun, ist nicht wirklich sinnvoll.

Die erste ist eine unterhaltsame Implementierung, die keine vorberechneten Nachschlagetabellen oder explizite Division / Modulo verwendet. Dieser ist konkurrenzfähig mit den anderen mit gcc und mit allen außer Timo auf msvc (aus einem guten Grund, den ich unten erkläre). Der zweite Algorithmus ist meine tatsächliche Vorlage für höchste Leistung. In meinen Tests schlägt es alle anderen sowohl auf gcc als auch auf msvc.

Ich denke, ich weiß, warum einige der Ergebnisse bei MSVC sehr gut sind. std :: string hat zwei relevante Konstruktoren std::string(char* str, size_t n)
und
std::string(ForwardIterator b, ForwardIterator e)
gcc macht dasselbe für beide ... das heißt, es verwendet den zweiten, um den ersten zu implementieren. Der erste Konstruktor kann wesentlich effizienter implementiert werden, und MSVC tut dies. Der Nebeneffekt davon ist, dass in einigen Fällen (wie meinem schnellen Code und Timos Code) der String-Konstruktor eingebunden werden kann. Tatsächlich ist das Umschalten zwischen diesen Konstruktoren in MSVC für meinen Code fast ein zweifacher Unterschied.

Meine Leistungstestergebnisse:

Codequellen:

- Voigt
- Timo
- ergosys
- user434507
- Benutzer-voigt-timo
- Hopman-fun
- Hopman schnelle

gcc 4.4.5 -O2 unter Ubuntu 10.10 64-Bit, Core i5

hopman_fun: 124,688 MB / s --- 8,020 s
hopman_fast: 137,552 MB / s --- 7,270 s
voigt: 120,192 MB / s --- 8,320 s
user_voigt_timo: 97,9432 MB / s --- 10,210 s
Zeit: 120,482 MB / s --- 8,300 s
Benutzer: 97,7517 MB / s --- 10,230 s
Ergosys: 101,42 MB / s --- 9,860 s

MSVC 2010 64-Bit / Ox unter Windows 7 64-Bit, Core i5

hopman_fun: 127 MB / s --- 7,874 s
hopman_fast: 259 MB / s --- 3,861 s
voigt: 221,435 MB / s --- 4,516 s
user_voigt_timo: 195,695 MB / s --- 5,110 s
Zeit: 253,165 MB / s --- 3,950 s
Benutzer: 212,63 MB / s --- 4,703 s
Ergosys: 78,0518 MB / s --- 12,812 s

Hier sind einige Ergebnisse und ein Test- / Timing-Framework für ideone
http://ideone.com/XZRqp
Beachten Sie, dass ideone eine 32-Bit-Umgebung ist. Meine beiden Algorithmen leiden darunter, aber hopman_fast ist zumindest immer noch wettbewerbsfähig.

Beachten Sie, dass ich für diejenigen, die keine Zeichenfolge erstellen, die folgende Funktionsvorlage hinzugefügt habe:

template <typename T>
std::string itostr(T t) {
    std::string ret;
    itostr(t, ret);
    return ret;
}

Nun zu meinem Code ... zuerst der lustige:

    // hopman_fun

template <typename T> 
T reduce2(T v) {
    T k = ((v * 410) >> 12) & 0x000F000F000F000Full;
    return (((v - k * 10) << 8) + k);
}

template <typename T>
T reduce4(T v) {
    T k = ((v * 10486) >> 20) & 0xFF000000FFull;
    return reduce2(((v - k * 100) << 16) + (k));
}

typedef unsigned long long ull;
inline ull reduce8(ull v) {
    ull k = ((v * 3518437209u) >> 45);
    return reduce4(((v - k * 10000) << 32) + (k));
}

template <typename T>
std::string itostr(T o) {
    union {
        char str[16];
        unsigned short u2[8];
        unsigned u4[4];
        unsigned long long u8[2];
    };

    unsigned v = o < 0 ? ~o + 1 : o;

    u8[0] = (ull(v) * 3518437209u) >> 45;
    u8[0] = (u8[0] * 28147497672ull);
    u8[1] = v - u2[3] * 100000000;

    u8[1] = reduce8(u8[1]);
    char* f;
    if (u2[3]) {
        u2[3] = reduce2(u2[3]);
        f = str + 6;
    } else {
        unsigned short* k = u4[2] ? u2 + 4 : u2 + 6;
        f = *k ? (char*)k : (char*)(k + 1);
    }
    if (!*f) f++;

    u4[1] |= 0x30303030;
    u4[2] |= 0x30303030;
    u4[3] |= 0x30303030;
    if (o < 0) *--f = '-';
    return std::string(f, (str + 16) - f);
}

Und dann der schnelle:

    // hopman_fast

struct itostr_helper {
    static unsigned out[10000];

    itostr_helper() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            unsigned v = i;
            char * o = (char*)(out + i);
            o[3] = v % 10 + '0';
            o[2] = (v % 100) / 10 + '0';
            o[1] = (v % 1000) / 100 + '0';
            o[0] = (v % 10000) / 1000;
            if (o[0]) o[0] |= 0x30;
            else if (o[1] != '0') o[0] |= 0x20;
            else if (o[2] != '0') o[0] |= 0x10;
            else o[0] |= 0x00;
        }
    }
};
unsigned itostr_helper::out[10000];

itostr_helper hlp_init;

template <typename T>
std::string itostr(T o) {
    typedef itostr_helper hlp;

    unsigned blocks[3], *b = blocks + 2;
    blocks[0] = o < 0 ? ~o + 1 : o;
    blocks[2] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
    blocks[2] = hlp::out[blocks[2]];

    if (blocks[0]) {
        blocks[1] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
        blocks[1] = hlp::out[blocks[1]];
        blocks[2] |= 0x30303030;
        b--;
    }

    if (blocks[0]) {
        blocks[0] = hlp::out[blocks[0] % 10000];
        blocks[1] |= 0x30303030;
        b--;
    }

    char* f = ((char*)b);
    f += 3 - (*f >> 4);

    char* str = (char*)blocks;
    if (o < 0) *--f = '-';
    return std::string(f, (str + 12) - f);
}

Benchmark-Daten für den in der Frage angegebenen Code:

Auf ideone (gcc 4.3.4):

• Stringstreams: 4,4 MB / s
• Sprintf: 25,0 MB / s
• meins (Ben Voigt) : 55,8 MB / s
• Timo : 58,5 MB / s
• user434507 : 199 MB / s
• Ben-Timo-507-Hybrid von user434507 : 263 MB / s

Core i7, Windows 7 64-Bit, 8 GB RAM, Visual C ++ 2010 32-Bit:

cl /Ox /EHsc

• Stringstreams: 3,39 MB / s, 3,67 MB / s
• Sprintf: 16,8 MB / s, 16,2 MB / s
• meins: 194 MB / s, 207 MB / s (mit aktiviertem PGO: 250 MB / s)

Core i7, Windows 7 64-Bit, 8 GB RAM, Visual C ++ 2010 64-Bit:

cl /Ox /EHsc

• Stringstreams: 4,42 MB / s, 4,92 MB / s
• Sprintf: 21,0 MB / s, 20,8 MB / s
• meins: 238 MB / s, 228 MB / s

Core i7, Windows 7 64-Bit, 8 GB RAM, cygwin gcc 4.3.4:

g++ -O3

• Stringstreams: 2,19 MB / s, 2,17 MB / s
• Sprintf: 13,1 MB / s, 13,4 MB / s
• meins: 30,0 MB / s, 30,2 MB / s

bearbeiten : Ich wollte meine eigene Antwort hinzufügen, aber die Frage wurde geschlossen, also füge ich sie hier hinzu. :) Ich habe meinen eigenen Algorithmus geschrieben und es geschafft, eine anständige Verbesserung gegenüber Bens Code zu erzielen, obwohl ich ihn nur in MSVC 2010 getestet habe. Ich habe auch einen Benchmark aller bisher vorgestellten Implementierungen erstellt, wobei ich das gleiche Test-Setup verwendet habe, das auch in Bens Original enthalten war Code. - Timo

Intel Q9450, Win XP 32 Bit, MSVC 2010

cl /O2 /EHsc

• Stringstream: 2,87 MB / s
• Sprintf: 16,1 MB / s
• Ben: 202 MB / s
• Ben (vorzeichenloser Puffer): 82,0 MB / s
• Ergosys (aktualisierte Version): 64,2 MB / s
• user434507: 172 MB / s
• Timo: 241 MB / s

- -

const char digit_pairs[201] = {
  "00010203040506070809"
  "10111213141516171819"
  "20212223242526272829"
  "30313233343536373839"
  "40414243444546474849"
  "50515253545556575859"
  "60616263646566676869"
  "70717273747576777879"
  "80818283848586878889"
  "90919293949596979899"
};

static const int BUFFER_SIZE = 11;

std::string itostr(int val)
{
  char buf[BUFFER_SIZE];
  char *it = &buf[BUFFER_SIZE-2];

  if(val>=0) {
    int div = val/100;
    while(div) {
      memcpy(it,&digit_pairs[2*(val-div*100)],2);
      val = div;
      it-=2;
      div = val/100;
    }
    memcpy(it,&digit_pairs[2*val],2);
    if(val<10)
      it++;
  } else {
    int div = val/100;
    while(div) {
      memcpy(it,&digit_pairs[-2*(val-div*100)],2);
      val = div;
      it-=2;
      div = val/100;
    }
    memcpy(it,&digit_pairs[-2*val],2);
    if(val<=-10)
      it--;
    *it = '-';
  }

  return std::string(it,&buf[BUFFER_SIZE]-it);
}

std::string itostr(unsigned int val)
{
  char buf[BUFFER_SIZE];
  char *it = (char*)&buf[BUFFER_SIZE-2];

  int div = val/100;
  while(div) {
    memcpy(it,&digit_pairs[2*(val-div*100)],2);
    val = div;
    it-=2;
    div = val/100;
  }
  memcpy(it,&digit_pairs[2*val],2);
  if(val<10)
    it++;

  return std::string((char*)it,(char*)&buf[BUFFER_SIZE]-(char*)it);
}

Obwohl die Informationen, die wir hier für die Algorithmen erhalten, ziemlich nett sind, denke ich, dass die Frage "kaputt" ist, und ich werde erklären, warum ich das denke:

In der Frage wird nach der Leistung der Konvertierung int-> gefragt. std::stringDies kann beim Vergleich einer allgemein verfügbaren Methode von Interesse sein, z. B. bei verschiedenen Stringstream-Implementierungen oder boost :: lexical_cast. Es ist jedoch nicht sinnvoll, nach neuem Code , einem speziellen Algorithmus, zu fragen , um dies zu tun. Der Grund dafür ist, dass int2string immer eine Heap-Zuweisung von std :: string beinhaltet. Wenn wir versuchen, den letzten Teil unseres Konvertierungsalgorithmus herauszuholen, halte ich es nicht für sinnvoll, diese Messungen mit den von std vorgenommenen Heap-Zuweisungen zu verwechseln: : string. Wenn ich eine performante Konvertierung möchte, verwende ich immer einen Puffer mit fester Größe und ordne auf keinen Fall etwas auf dem Heap zu!

Zusammenfassend denke ich, dass die Timings aufgeteilt werden sollten:

• Erstens die schnellste Konvertierung (int -> fester Puffer).
• Zweitens das Timing der Kopie (fester Puffer -> std :: string).
• Drittens wird überprüft, wie die std :: string-Zuweisung direkt als Puffer verwendet werden kann, um das Kopieren zu speichern.

Diese Aspekte sollten meiner Meinung nach nicht zu einem Zeitpunkt verwechselt werden.

Ich kann nicht unter VS testen, aber dies scheint schneller zu sein als Ihr Code für g ++, ungefähr 10%. Es könnte wahrscheinlich abgestimmt werden, die gewählten Entscheidungswerte sind Vermutungen. Nur int, sorry.

typedef unsigned buf_t; 

static buf_t * reduce(unsigned val, buf_t * stp) {
   unsigned above = val / 10000; 
   if (above != 0) {
      stp = reduce(above, stp); 
      val -= above * 10000; 
   }

   buf_t digit  = val / 1000; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 1000; 

   digit  = val / 100; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 100; 

   digit  = val / 10; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 10; 
   *stp++ = val + '0'; 
   return stp; 
}

std::string itostr(int input) {

   buf_t buf[16]; 


   if(input == INT_MIN) {  
      char buf2[16]; 
      std::sprintf(buf2, "%d", input); 
      return std::string(buf2); 
   }

   // handle negative
   unsigned val = input;
   if(input < 0) 
      val = -input;

   buf[0] = '0'; 
   buf_t* endp = reduce(val, buf+1); 
   *endp = 127; 

   buf_t * stp = buf+1; 
   while (*stp == '0') 
      stp++;
   if (stp == endp)
      stp--; 

   if (input < 0) { 
      stp--; 
      *stp = '-'; 
   }
   return std::string(stp, endp); 
}

Die Antwort von user2985907 wurde aktualisiert ... modp_ufast ...

Integer To String Test (Type 1)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   657777786      Time:  1.1633sec        Rate:206308473.0686nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time: 24.3629sec        Rate:  9851045.8556nums/sec
[karma]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  5.2389sec        Rate: 45810870.7171nums/sec
[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  3.3126sec        Rate: 72450283.7492nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  3.0828sec        Rate: 77852152.8820nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  4.7349sec        Rate: 50687912.9889nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  5.1689sec        Rate: 46431985.1142nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  4.6169sec        Rate: 51982554.6497nums/sec
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Integer To String Test(Type 2)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   660000000      Time:  0.5072sec        Rate:473162716.4618nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time: 22.3483sec        Rate: 10739062.9383nums/sec
[karma]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  4.2471sec        Rate: 56509024.3035nums/sec
[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.1683sec        Rate:110683636.7123nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.7133sec        Rate: 88454602.1423nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.8030sec        Rate: 85623453.3872nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  3.4019sec        Rate: 70549286.7776nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.7849sec        Rate: 86178023.8743nums/sec
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Integer To String Test (type 3)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   505625000      Time:  1.6482sec        Rate:145610315.7819nums/sec
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[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  2.9297sec        Rate: 81919227.9275nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  3.0278sec        Rate: 79266003.8158nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.0631sec        Rate: 59068204.3266nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.5616sec        Rate: 52613393.0285nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.1248sec        Rate: 58184194.4569nums/sec
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int ufast_utoa10(unsigned int value, char* str)
{
#define JOIN(N) N "0", N "1", N "2", N "3", N "4", N "5", N "6", N "7", N "8", N "9"
#define JOIN2(N) JOIN(N "0"), JOIN(N "1"), JOIN(N "2"), JOIN(N "3"), JOIN(N "4"), \
                 JOIN(N "5"), JOIN(N "6"), JOIN(N "7"), JOIN(N "8"), JOIN(N "9")
#define JOIN3(N) JOIN2(N "0"), JOIN2(N "1"), JOIN2(N "2"), JOIN2(N "3"), JOIN2(N "4"), \
                 JOIN2(N "5"), JOIN2(N "6"), JOIN2(N "7"), JOIN2(N "8"), JOIN2(N "9")
#define JOIN4    JOIN3("0"), JOIN3("1"), JOIN3("2"), JOIN3("3"), JOIN3("4"), \
                 JOIN3("5"), JOIN3("6"), JOIN3("7"), JOIN3("8"), JOIN3("9")
#define JOIN5(N) JOIN(N), JOIN(N "1"), JOIN(N "2"), JOIN(N "3"), JOIN(N "4"), \
                 JOIN(N "5"), JOIN(N "6"), JOIN(N "7"), JOIN(N "8"), JOIN(N "9")
#define JOIN6    JOIN5(), JOIN5("1"), JOIN5("2"), JOIN5("3"), JOIN5("4"), \
                 JOIN5("5"), JOIN5("6"), JOIN5("7"), JOIN5("8"), JOIN5("9")
#define F(N)     ((N) >= 100 ? 3 : (N) >= 10 ? 2 : 1)
#define F10(N)   F(N),F(N+1),F(N+2),F(N+3),F(N+4),F(N+5),F(N+6),F(N+7),F(N+8),F(N+9)
#define F100(N)  F10(N),F10(N+10),F10(N+20),F10(N+30),F10(N+40),\
                 F10(N+50),F10(N+60),F10(N+70),F10(N+80),F10(N+90)
  static const short offsets[] = { F100(0), F100(100), F100(200), F100(300), F100(400),
                                  F100(500), F100(600), F100(700), F100(800), F100(900)};
  static const char table1[][4] = { JOIN("") }; 
  static const char table2[][4] = { JOIN2("") }; 
  static const char table3[][4] = { JOIN3("") };
  static const char table4[][5] = { JOIN4 }; 
  static const char table5[][4] = { JOIN6 };
#undef JOIN
#undef JOIN2
#undef JOIN3
#undef JOIN4
  char *wstr;
  int remains[2];
  unsigned int v2;
  if (value >= 100000000) {
    v2 = value / 10000;
    remains[0] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    v2 = value / 10000;
    remains[1] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    wstr = str;
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[value];
      wstr += 4;
    } else {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table5[value];
      wstr += offsets[value];
    }
    *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[1]];
    wstr += 4;
    *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
    wstr += 4;
    *wstr = 0;
    return (wstr - str);
  }
  else if (value >= 10000) {
    v2 = value / 10000;
    remains[0] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    wstr = str;
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[value];
      wstr += 4;
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
      wstr += 4;
      *wstr = 0;
      return 8;
    } else {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table5[value];
      wstr += offsets[value];
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
      wstr += 4;
      *wstr = 0;
      return (wstr - str);
    }
  }
  else {
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) str = *(__int32 *) table4[value];
      str += 4;
      *str = 0;
      return 4;
    } else if (value >= 100) {
      *(__int32 *) str = *(__int32 *) table3[value];
      return 3;
    } else if (value >= 10) {
      *(__int16 *) str = *(__int16 *) table2[value];
      str += 2;
      *str = 0;
      return 2;
    } else {
      *(__int16 *) str = *(__int16 *) table1[value];
      return 1;
    }
  }
}

int ufast_itoa10(int value, char* str) {
  if (value < 0) { *(str++) = '-'; 
    return ufast_utoa10(-value, str) + 1; 
  }
  else return ufast_utoa10(value, str);
}


    void ufast_test() {

   print_mode("[modp_ufast]");

   std::string s;
   s.reserve(32);
   std::size_t total_length = 0;
   strtk::util::timer t;
   t.start();

   char buf[128];
   int len;
   for (int i = (-max_i2s / 2); i < (max_i2s / 2); ++i)
   {
      #ifdef enable_test_type01
      s.resize(ufast_itoa10(((i & 1) ? i : -i), const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif

      #ifdef enable_test_type02
      s.resize(ufast_itoa10(max_i2s + i, const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif

      #ifdef enable_test_type03
      s.resize(ufast_itoa10(randval[(max_i2s + i) & 1023], const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif
   }
   t.stop();
   printf("Numbers:%10lu\tTotal:%12lu\tTime:%8.4fsec\tRate:%14.4fnums/sec\n",
          static_cast<unsigned long>(3 * max_i2s),
          static_cast<unsigned long>(total_length),
          t.time(),
          (3.0 * max_i2s) / t.time());
}

Hier ist mein kleiner Versuch dieses lustigen Puzzles.

Anstatt Nachschlagetabellen zu verwenden, wollte ich, dass der Compiler alles herausfindet. Insbesondere in diesem Fall - wenn Sie Hackers 'Delight lesen, sehen Sie, wie Divide und Modulo funktionieren - ist es sehr gut möglich, dies mithilfe von SSE / AVX-Anweisungen zu optimieren.

Leistungsbenchmark

Mein Benchmark hier sagt mir, dass es 1,5-mal schneller ist als die Arbeit von Timo (auf meinem Intel Haswell läuft es mit ungefähr 1 GB / s).

Dinge, die man als Betrüger betrachten könnte

Was den Cheat angeht, bei dem ich keinen Standard-String mache - das habe ich natürlich auch für meinen Benchmark von Timos Methode berücksichtigt.

Ich benutze ein intrinsisches: BSR. Wenn Sie möchten, können Sie stattdessen auch DeBruijn-Tabellen verwenden - eines der Dinge, über die ich in meinem 'schnellsten 2log'-Beitrag ziemlich viel geschrieben habe. Natürlich hat dies eine Leistungsbeeinträchtigung (* na ja ... wenn Sie viele itoa-Operationen durchführen, können Sie tatsächlich eine schnellere BSR erzielen, aber ich denke, das ist nicht fair ...).

So funktioniert es

Als erstes müssen Sie herausfinden, wie viel Speicher wir benötigen. Dies ist im Grunde ein 10log, das auf verschiedene intelligente Arten implementiert werden kann. Siehe die häufig zitierten " Bit Twiddling Hacks"Einzelheiten finden ".

Als nächstes müssen Sie die numerische Ausgabe ausführen. Ich verwende dafür die Vorlagenrekursion, damit der Compiler es herausfindet.

Ich benutze 'modulo' und 'div' direkt nebeneinander. Wenn Sie Hacker's Delight lesen, werden Sie feststellen, dass die beiden eng miteinander verbunden sind. Wenn Sie also eine Antwort haben, haben Sie wahrscheinlich auch die andere. Ich dachte, der Compiler kann die Details herausfinden ... :-)

Der Code

Ermitteln der Anzahl der Ziffern mithilfe eines (geänderten) Protokolls10:

struct logarithm
{
    static inline int log2(unsigned int value)
    {
        unsigned long index;
        if (!_BitScanReverse(&index, value))
        {
            return 0;
        }

        // add 1 if x is NOT a power of 2 (to do the ceil)
        return index + (value&(value - 1) ? 1 : 0);
    }

    static inline int numberDigits(unsigned int v)
    {
        static unsigned int const PowersOf10[] =
        { 0, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000, 10000000, 100000000, 1000000000 };

        int t = (logarithm::log2(v) + 1) * 1233 >> 12; // (use a lg2 method from above)
        return 1 + t - (v < PowersOf10[t]);
    }
};

Holen Sie sich die Zeichenfolge:

template <int count>
struct WriteHelper
{
    inline static void WriteChar(char* buf, unsigned int value)
    {
        unsigned int div = value / 10;
        unsigned int rem = value % 10;
        buf[count - 1] = rem + '0';

        WriteHelper<count - 1>::WriteChar(buf, div);
    }
};

template <>
struct WriteHelper<1>
{
    inline static void WriteChar(char* buf, unsigned int value) 
    {
        buf[0] = '0' + value;
    }
};

// Boring code that converts a length into a switch.
// TODO: Test if recursion with an 'if' is faster.
static inline void WriteNumber(char* data, int len, unsigned int val) 
{
    switch (len) {
    case 1:
        WriteHelper<1>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 2:
        WriteHelper<2>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 3:
        WriteHelper<3>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 4:
        WriteHelper<4>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 5:
        WriteHelper<5>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 6:
        WriteHelper<6>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 7:
        WriteHelper<7>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 8:
        WriteHelper<8>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 9:
        WriteHelper<9>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 10:
        WriteHelper<10>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    }
}

// The main method you want to call...
static int Write(char* data, int val) 
{
    int len;
    if (val >= 0) 
    {
        len = logarithm::numberDigits(val);
        WriteNumber(data, len, unsigned int(val));
        return len;
    }
    else 
    {
        unsigned int v(-val);
        len = logarithm::numberDigits(v);
        WriteNumber(data+1, len, v);
        data[0] = '-';
        return len + 1;
    }
}

Ich habe das eine Weile herumgesessen und bin endlich dazu gekommen, es zu posten.

Ein paar mehr Methoden im Vergleich zum Doppelwort hopman_fast . Die Ergebnisse beziehen sich auf den für kurze Zeichenfolgen optimierten std :: string des GCC, da sonst Leistungsunterschiede durch den Overhead des Verwaltungscodes für das Kopieren beim Schreiben verdeckt werden. Der Durchsatz wird auf die gleiche Weise wie an anderer Stelle in diesem Thema gemessen. Die Zykluszahlen gelten für die rohen Serialisierungsteile des Codes, bevor der Ausgabepuffer in eine Zeichenfolge kopiert wird.

HOPMAN_FAST - performance reference  
TM_CPP, TM_VEC - scalar and vector versions of Terje Mathisen algorithm  
WM_VEC - intrinsics implementation of Wojciech Mula's vector algorithm  
AK_BW - word-at-a-time routine with a jump table that fills a buffer in reverse  
AK_FW - forward-stepping word-at-a-time routine with a jump table in assembly  
AK_UNROLLED - generic word-at-a-time routine that uses an unrolled loop  

Kompilierungszeitschalter:

-DVSTRING - aktiviert SSO-Zeichenfolgen für ältere GCC-Setups
-DBSR1 - aktiviert schnelles log10
-DRDTSC - aktiviert Zykluszähler

#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <climits>
#include <sstream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <limits>
#include <ctime>
#include <stdint.h>
#include <x86intrin.h>

/* Uncomment to run */
// #define HOPMAN_FAST
// #define TM_CPP
// #define TM_VEC
// #define WM_VEC
// #define AK_UNROLLED
// #define AK_BW
// #define AK_FW

using namespace std;
#ifdef VSTRING
#include <ext/vstring.h>
typedef __gnu_cxx::__vstring string_type;
#else
typedef string string_type;
#endif

namespace detail {

#ifdef __GNUC__
#define ALIGN(N) __attribute__ ((aligned(N)))
#define PACK __attribute__ ((packed))
  inline size_t num_digits(unsigned u) {
    struct {
      uint32_t count;
      uint32_t max;
    } static digits[32] ALIGN(64) = {
    { 1, 9 }, { 1, 9 }, { 1, 9 }, { 1, 9 },
    { 2, 99 }, { 2, 99 }, { 2, 99 },
    { 3, 999 }, { 3, 999 }, { 3, 999 },
    { 4, 9999 }, { 4, 9999 }, { 4, 9999 }, { 4, 9999 },
    { 5, 99999 }, { 5, 99999 }, { 5, 99999 },
    { 6, 999999 }, { 6, 999999 }, { 6, 999999 },
    { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 },
    { 8, 99999999 }, { 8, 99999999 }, { 8, 99999999 },
    { 9, 999999999 }, { 9, 999999999 }, { 9, 999999999 },
    { 10, UINT_MAX }, { 10, UINT_MAX }
    };
#if (defined(i386) || defined(__x86_64__)) && (defined(BSR1) || defined(BSR2))
    size_t l = u;
#if defined(BSR1)
    __asm__ __volatile__ (
      "bsrl %k0, %k0    \n\t"
      "shlq $32, %q1    \n\t" 
      "movq %c2(,%0,8), %0\n\t" 
      "cmpq %0, %q1     \n\t"
      "seta %b1         \n\t"
      "addl %1, %k0     \n\t"
      : "+r" (l), "+r"(u)
      : "i"(digits)
      : "cc"
    );
    return l;
#else
    __asm__ __volatile__ ( "bsr %0, %0;"  : "+r" (l) );
    return digits[l].count + ( u > digits[l].max );
#endif
#else
    size_t l = (u != 0) ? 31 - __builtin_clz(u) : 0;
    return digits[l].count + ( u > digits[l].max );
#endif 
  }
#else 
  inline unsigned msb_u32(unsigned x) {
    static const unsigned bval[] = { 0,1,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4 };
    unsigned base = 0;
    if (x & (unsigned) 0xFFFF0000) { base += 32/2; x >>= 32/2; }
    if (x & (unsigned) 0x0000FF00) { base += 32/4; x >>= 32/4; }
    if (x & (unsigned) 0x000000F0) { base += 32/8; x >>= 32/8; }
    return base + bval[x];
  }

  inline size_t num_digits(unsigned x) {
    static const unsigned powertable[] = {
  0,10,100,1000,10000,100000,1000000,10000000,100000000, 1000000000 };
    size_t lg_ten = msb_u32(x) * 1233 >> 12;
    size_t adjust = (x >= powertable[lg_ten]);
    return lg_ten + adjust;
  }
#endif /* __GNUC__ */

  struct CharBuffer {
    class reverse_iterator : public iterator<random_access_iterator_tag, char> {
        char* m_p;
      public:
        reverse_iterator(char* p) : m_p(p - 1) {}
        reverse_iterator operator++() { return --m_p; }
        reverse_iterator operator++(int) { return m_p--; }
        char operator*() const { return *m_p; }
        bool operator==( reverse_iterator it) const { return m_p == it.m_p; }
        bool operator!=( reverse_iterator it) const { return m_p != it.m_p; }
        difference_type operator-( reverse_iterator it) const { return it.m_p - m_p; }
    };
  };

  union PairTable {
    char c[2];
    unsigned short u;
  } PACK table[100] ALIGN(1024) = {
    {{'0','0'}},{{'0','1'}},{{'0','2'}},{{'0','3'}},{{'0','4'}},{{'0','5'}},{{'0','6'}},{{'0','7'}},{{'0','8'}},{{'0','9'}},
    {{'1','0'}},{{'1','1'}},{{'1','2'}},{{'1','3'}},{{'1','4'}},{{'1','5'}},{{'1','6'}},{{'1','7'}},{{'1','8'}},{{'1','9'}},
    {{'2','0'}},{{'2','1'}},{{'2','2'}},{{'2','3'}},{{'2','4'}},{{'2','5'}},{{'2','6'}},{{'2','7'}},{{'2','8'}},{{'2','9'}},
    {{'3','0'}},{{'3','1'}},{{'3','2'}},{{'3','3'}},{{'3','4'}},{{'3','5'}},{{'3','6'}},{{'3','7'}},{{'3','8'}},{{'3','9'}},
    {{'4','0'}},{{'4','1'}},{{'4','2'}},{{'4','3'}},{{'4','4'}},{{'4','5'}},{{'4','6'}},{{'4','7'}},{{'4','8'}},{{'4','9'}},
    {{'5','0'}},{{'5','1'}},{{'5','2'}},{{'5','3'}},{{'5','4'}},{{'5','5'}},{{'5','6'}},{{'5','7'}},{{'5','8'}},{{'5','9'}},
    {{'6','0'}},{{'6','1'}},{{'6','2'}},{{'6','3'}},{{'6','4'}},{{'6','5'}},{{'6','6'}},{{'6','7'}},{{'6','8'}},{{'6','9'}},
    {{'7','0'}},{{'7','1'}},{{'7','2'}},{{'7','3'}},{{'7','4'}},{{'7','5'}},{{'7','6'}},{{'7','7'}},{{'7','8'}},{{'7','9'}},
    {{'8','0'}},{{'8','1'}},{{'8','2'}},{{'8','3'}},{{'8','4'}},{{'8','5'}},{{'8','6'}},{{'8','7'}},{{'8','8'}},{{'8','9'}},
    {{'9','0'}},{{'9','1'}},{{'9','2'}},{{'9','3'}},{{'9','4'}},{{'9','5'}},{{'9','6'}},{{'9','7'}},{{'9','8'}},{{'9','9'}}
  };
} // namespace detail

struct progress_timer {
    clock_t c;
    progress_timer() : c(clock()) {}
    int elapsed() { return clock() - c; }
    ~progress_timer() {
        clock_t d = clock() - c;
        cout << d / CLOCKS_PER_SEC << "."
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 1000 / 100)
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 100 / 10)
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 10)
            << " s" << endl;
    }
};

#ifdef HOPMAN_FAST
namespace hopman_fast {

    static unsigned long cpu_cycles = 0;

    struct itostr_helper {
        static ALIGN(1024) unsigned out[10000];

        itostr_helper() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                unsigned v = i;
                char * o = (char*)(out + i);
                o[3] = v % 10 + '0';
                o[2] = (v % 100) / 10 + '0';
                o[1] = (v % 1000) / 100 + '0';
                o[0] = (v % 10000) / 1000;
                if (o[0]) o[0] |= 0x30;
                else if (o[1] != '0') o[0] |= 0x20;
                else if (o[2] != '0') o[0] |= 0x10;
                else o[0] |= 0x00;
            }
        }
    };
    unsigned itostr_helper::out[10000];

    itostr_helper hlp_init;

    template <typename T>
    string_type itostr(T o) {
        typedef itostr_helper hlp;
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        unsigned blocks[3], *b = blocks + 2;
        blocks[0] = o < 0 ? ~o + 1 : o;
        blocks[2] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
        blocks[2] = hlp::out[blocks[2]];

        if (blocks[0]) {
            blocks[1] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
            blocks[1] = hlp::out[blocks[1]];
            blocks[2] |= 0x30303030;
            b--;
        }

        if (blocks[0]) {
            blocks[0] = hlp::out[blocks[0] % 10000];
            blocks[1] |= 0x30303030;
            b--;
        }

        char* f = ((char*)b);
        f += 3 - (*f >> 4);

        char* str = (char*)blocks;
        if (o < 0) *--f = '-';

        str += 12;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(f, str);
    }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
}
#endif

namespace ak {
#ifdef AK_UNROLLED
  namespace unrolled {
    static unsigned long cpu_cycles = 0;

    template <typename value_type> class Proxy {
      static const size_t MaxValueSize = 16;

      static inline char* generate(int value, char* buffer) {
        union { char* pc; unsigned short* pu; } b = { buffer + MaxValueSize };
        unsigned u, v = value < 0 ? unsigned(~value) + 1 : value;
        *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        if ((v /= 100)) {
          *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
          if ((v /= 100)) {
            *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
            if ((v /= 100)) {
              *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
              if ((v /= 100)) {
                *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        } } } }
        *(b.pc -= (u >= 10)) = '-';
        return b.pc + (value >= 0);
      }
      static inline char* generate(unsigned value, char* buffer) {
        union { char* pc; unsigned short* pu; } b = { buffer + MaxValueSize };
        unsigned u, v = value;
        *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        if ((v /= 100)) {
          *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
          if ((v /= 100)) {
            *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
            if ((v /= 100)) {
              *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
              if ((v /= 100)) {
                *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        } } } }
        return b.pc + (u < 10);
      }
    public:
      static inline string_type convert(value_type v) {
        char buf[MaxValueSize];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char* p = generate(v, buf);
        char* e = buf + MaxValueSize;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(p, e);
      }
    };
    string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i); }
    string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(i); }
    unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
    void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#if defined(AK_BW)
  namespace bw {
    static unsigned long cpu_cycles = 0;
    typedef uint64_t u_type;

    template <typename value_type> class Proxy {

      static inline void generate(unsigned v, size_t len, char* buffer) {
        u_type u = v;
        switch(len) {
        default: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 8) = detail::table[v -= 100 * u].u; 
        case  8: v = (u * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 6) = detail::table[u -= 100 * v].u; 
        case  6: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 4) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  4: v = (u * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + 2) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  2: *(uint16_t*)buffer = detail::table[v].u;
        case  0: return;
        case  9: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 7) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  7: v = (u * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 5) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  5: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 3) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  3: v = (u * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + 1) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  1: *buffer = v + 0x30;
        }
      }
    public:
      static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        size_t len = detail::num_digits(val);
        buf[0] = '-';

        char* e = buf + neg;
        generate(val, len, e);
        e += len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
      }
    };
    string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
    string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
    unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
    void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#if defined(AK_FW)
  namespace fw {
        static unsigned long cpu_cycles = 0;
        typedef uint32_t u_type;
        template <typename value_type> class Proxy {

        static inline void generate(unsigned v, size_t len, char* buffer) {
#if defined(__GNUC__) && defined(__x86_64__)
          uint16_t w;
          uint32_t u;
          __asm__ __volatile__ (
        "jmp %*T%=(,%3,8)       \n\t"
        "T%=: .quad L0%=        \n\t"
        "     .quad L1%=        \n\t"
        "     .quad L2%=        \n\t"
        "     .quad L3%=        \n\t"
        "     .quad L4%=        \n\t"
        "     .quad L5%=        \n\t"
        "     .quad L6%=        \n\t"
        "     .quad L7%=        \n\t"
        "     .quad L8%=        \n\t"
        "     .quad L9%=        \n\t"
        "     .quad L10%=       \n\t"
        "L10%=:         \n\t"
        " imulq $1441151881, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $57, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100000000, %1, %1  \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, (%4)        \n\t"
        "L8%=:          \n\t"
        " imulq $1125899907, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $50, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $1000000, %1, %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -8(%4,%3)   \n\t"
        "L6%=:          \n\t"
        " imulq $429497, %q0, %q1   \n\t"
        " shrq $32, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $10000, %1, %1  \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -6(%4,%3)   \n\t"
        "L4%=:          \n\t"
        " imull $167773, %0, %1 \n\t"
        " shrl $24, %1      \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100, %1, %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -4(%4,%3)   \n\t"
        "L2%=:          \n\t"
        " movw %c5(,%q0,2), %w2 \n\t"
        " movw %w2, -2(%4,%3)   \n\t"
        "L0%=: jmp 1f       \n\t"
        "L9%=:          \n\t"
        " imulq $1801439851, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $54, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $10000000, %1, %1   \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, (%4)        \n\t"
        "L7%=:          \n\t"
        " imulq $43980466, %q0, %q1 \n\t"
        " shrq $42, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100000, %1, %1 \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -7(%4,%3)   \n\t"
        "L5%=:          \n\t"
        " imulq $268436, %q0, %q1   \n\t"
        " shrq $28, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $1000, %1, %1   \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -5(%4,%3)   \n\t"
        "L3%=:          \n\t"
        " imull $6554, %0, %1   \n\t"
        " shrl $15, %1      \n\t"
        " andb $254, %b1        \n\t"
        " movw %c5(,%q1), %w2   \n\t"
        " leal (%1,%1,4), %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -3(%4,%3)   \n\t"
        "L1%=:          \n\t"
        " addl $48, %0      \n\t"
        " movb %b0, -1(%4,%3)   \n\t"
        "1:             \n\t"
        : "+r"(v), "=&q"(u), "=&r"(w)
        : "r"(len), "r"(buffer), "i"(detail::table)
        : "memory", "cc"
          ); 
#else
          u_type u;
          switch(len) {
        default: u = (v * 1441151881ULL) >> 57; *(uint16_t*)(buffer) = detail::table[u].u; v -= u * 100000000;
        case  8: u = (v * 1125899907ULL) >> 50; *(uint16_t*)(buffer + len - 8) = detail::table[u].u; v -= u * 1000000;
        case  6: u = (v * 429497ULL) >> 32; *(uint16_t*)(buffer + len - 6) = detail::table[u].u; v -= u * 10000;
        case  4: u = (v * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + len - 4) = detail::table[u].u; v -= u * 100;
        case  2: *(uint16_t*)(buffer + len - 2) = detail::table[v].u;
        case  0: return;
        case  9: u = (v * 1801439851ULL) >> 54; *(uint16_t*)(buffer) = detail::table[u].u; v -= u * 10000000; 
        case  7: u = (v * 43980466ULL) >> 42; *(uint16_t*)(buffer + len - 7) = detail::table[u].u; v -= u * 100000; 
        case  5: u = (v * 268436ULL) >> 28;  *(uint16_t*)(buffer + len - 5) = detail::table[u].u; v -= u * 1000;
        case  3: u = (v * 6554) >> 16; *(uint16_t*)(buffer + len - 3) = detail::table[u].u; v -= u * 10;
        case  1: *(buffer + len - 1) = v + 0x30;
          }
#endif
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        size_t len = detail::num_digits(val);
        if (neg) buf[0] = '-';
        char* e = buf + len + neg;
        generate(val, len, buf + neg);
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
} // ak

namespace wm {
#ifdef WM_VEC
#if defined(__GNUC__) && defined(__x86_64__)
  namespace vec {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

      static inline unsigned generate(unsigned v, char* buf) {
        static struct {
          unsigned short mul_10[8];
          unsigned short div_const[8];
          unsigned short shl_const[8];
          unsigned char  to_ascii[16];
        } ALIGN(64) bits = 
        {
          { // mul_10
           10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10
          },
          { // div_const
            8389, 5243, 13108, 0x8000, 8389, 5243, 13108, 0x8000
          },
          { // shl_const
            1 << (16 - (23 + 2 - 16)),
            1 << (16 - (19 + 2 - 16)),
            1 << (16 - 1 - 2),
            1 << (15),
            1 << (16 - (23 + 2 - 16)),
            1 << (16 - (19 + 2 - 16)),
            1 << (16 - 1 - 2),
            1 << (15)
          },
          { // to_ascii 
            '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
            '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0'
          }
        };
        unsigned x, y, l;
        x = (v * 1374389535ULL) >> 37;
        y = v;
        l = 0;
        if (x) {
          unsigned div = 0xd1b71759;
          unsigned mul = 55536;
          __m128i z, m, a, o;
          y -= 100 * x;
          z = _mm_cvtsi32_si128(x);
          m = _mm_load_si128((__m128i*)bits.mul_10);
          o = _mm_mul_epu32( z, _mm_cvtsi32_si128(div));
          z = _mm_add_epi32( z, _mm_mul_epu32( _mm_cvtsi32_si128(mul), _mm_srli_epi64( o, 45) ) );
          z = _mm_slli_epi64( _mm_shuffle_epi32( _mm_unpacklo_epi16(z, z), 5 ), 2 );
          a = _mm_load_si128((__m128i*)bits.to_ascii);
          z = _mm_mulhi_epu16( _mm_mulhi_epu16( z, *(__m128i*)bits.div_const ), *(__m128i*)bits.shl_const );
          z = _mm_sub_epi16( z, _mm_slli_epi64( _mm_mullo_epi16( m, z ), 16 ) );
          z = _mm_add_epi8( _mm_packus_epi16( z, _mm_xor_si128(o, o) ), a );
          x = __builtin_ctz( ~_mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( a, z ) ) );
          l = 8 - x;
          uint64_t q = _mm_cvtsi128_si64(z) >> (x * 8);
          *(uint64_t*)buf = q;
          buf += l;
          x = 1;
        }
        v = (y * 6554) >> 16;
        l += 1 + (x | (v != 0));
            *(unsigned short*)buf = 0x30 + ((l > 1) ? ((0x30 + y - v * 10) << 8) + v : y);
            return l;
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        buf[0] = '-';
        unsigned len = generate(val, buf + neg);
        char* e = buf + len + neg;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
        }
      };
      inline string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      inline string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
#endif
} // wm

namespace tmn {

#ifdef TM_CPP
  namespace cpp {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

        static inline void generate(unsigned v, char* buffer) {
          unsigned const f1_10000 = (1 << 28) / 10000;
          unsigned tmplo, tmphi;

          unsigned lo = v % 100000;
          unsigned hi = v / 100000;

          tmplo = lo * (f1_10000 + 1) - (lo >> 2);
          tmphi = hi * (f1_10000 + 1) - (hi >> 2);

          unsigned mask = 0x0fffffff;
          unsigned shift = 28;

          for(size_t i = 0; i < 5; i++)
          {
            buffer[i + 0] = '0' + (char)(tmphi >> shift);
            buffer[i + 5] = '0' + (char)(tmplo >> shift);
            tmphi = (tmphi & mask) * 5;
            tmplo = (tmplo & mask) * 5;
            mask >>= 1;
            shift--;
          }
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char buf[16];
        size_t len = detail::num_digits(val);
        char* e = buf + 11;
        generate(val, buf + 1);
        buf[10 - len] = '-';
        len += neg;
        char* b = e - len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(b, e);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#ifdef TM_VEC
  namespace vec {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

        static inline unsigned generate(unsigned val, char* buffer) {
        static struct {
            unsigned char mul_10[16];
            unsigned char to_ascii[16];
            unsigned char gather[16];
            unsigned char shift[16];
        } ALIGN(64) bits = {
            { 10,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0 },
            { '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0' },
            { 3,5,6,7,9,10,11,13,14,15,0,0,0,0,0,0 },
            { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 }
        };

        unsigned u = val / 1000000;
        unsigned l = val - u * 1000000;

        __m128i x, h, f, m, n;

        n = _mm_load_si128((__m128i*)bits.mul_10);
        x = _mm_set_epi64x( l, u );
        h = _mm_mul_epu32( x, _mm_set1_epi32(4294968) );
        x = _mm_sub_epi64( x, _mm_srli_epi64( _mm_mullo_epi32( h, _mm_set1_epi32(1000) ), 32 ) );
        f = _mm_set1_epi32((1 << 28) / 1000 + 1);
        m = _mm_srli_epi32( _mm_cmpeq_epi32(m, m), 4 );
        x = _mm_shuffle_epi32( _mm_blend_epi16( x, h, 204 ), 177 );
        f = _mm_sub_epi32( _mm_mullo_epi32(f, x), _mm_srli_epi32(x, 2) );

        h = _mm_load_si128((__m128i*)bits.to_ascii);

        x = _mm_srli_epi32(f, 28);
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 8) );
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 16) );
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 24) );

        x = _mm_add_epi8( _mm_shuffle_epi8(x, *(__m128i*)bits.gather), h );
        l = __builtin_ctz( ~_mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( h, x ) ) | (1 << 9) );

        x = _mm_shuffle_epi8( x, _mm_add_epi8(*(__m128i*)bits.shift, _mm_set1_epi8(l) ) );

        _mm_store_si128( (__m128i*)buffer, x );
        return 10 - l;
        }

      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char arena[32];
        char* buf = (char*)((uintptr_t)(arena + 16) & ~(uintptr_t)0xf);
        *(buf - 1)= '-';
        unsigned len = generate(val, buf) + neg;
        buf -= neg;
        char* end = buf + len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, end);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
}

bool fail(string in, string_type out) {
    cout << "failure: " << in << " => " << out << endl;
    return false;
}

#define TEST(x, n) \
    stringstream ss; \
    string_type s = n::itostr(x); \
    ss << (long long)x; \
    if (::strcmp(ss.str().c_str(), s.c_str())) { \
        passed = fail(ss.str(), s); \
        break; \
    }

#define test(x) { \
    passed = true; \
    if (0 && passed) { \
        char c = CHAR_MIN; \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while (c++ != CHAR_MAX); \
        if (!passed) cout << #x << " failed char!!!" << endl; \
    } \
    if (0 && passed) { \
        short c = numeric_limits<short>::min(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while (c++ != numeric_limits<short>::max()); \
        if (!passed) cout << #x << " failed short!!!" << endl; \
    } \
    if (passed) { \
        int c = numeric_limits<int>::min(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while ((c += 100000) < numeric_limits<int>::max() - 100000); \
        if (!passed) cout << #x << " failed int!!!" << endl; \
    } \
    if (passed) { \
        unsigned c = numeric_limits<unsigned>::max(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while ((c -= 100000) > 100000); \
        if (!passed) cout << #x << " failed unsigned int!!!" << endl; \
    } \
}

#define time(x, N) \
if (passed) { \
    static const int64_t limits[] = \
        {0, 10, 100, 1000, 10000, 100000, \
         1000000, 10000000, 100000000, 1000000000, 10000000000ULL }; \
    long passes = 0; \
    cout << #x << ": "; \
    progress_timer t; \
    uint64_t s = 0; \
    if (do_time) { \
        for (int n = 0; n < N1; n++) { \
            int i = 0; \
            while (i < N2) { \
                int v = ((NM - i) % limits[N]) | (limits[N] / 10); \
                int w = x::itostr(v).size() + \
                    x::itostr(-v).size(); \
                i += w * mult; \
                                passes++; \
            } \
            s += i / mult; \
        } \
    } \
    k += s; \
    cout << N << " digits: " \
          << s / double(t.elapsed()) * CLOCKS_PER_SEC/1000000 << " MB/sec, " << (x::cycles() / passes >> 1) << " clocks per pass "; \
    x::reset(); \
}

#define series(n) \
    { if (do_test) test(n);    if (do_time) time(n, 1); if (do_time) time(n, 2); \
      if (do_time) time(n, 3); if (do_time) time(n, 4); if (do_time) time(n, 5); \
      if (do_time) time(n, 6); if (do_time) time(n, 7); if (do_time) time(n, 8); \
      if (do_time) time(n, 9); if (do_time) time(n, 10); }

int N1 = 1, N2 = 500000000, NM = INT_MAX;
int mult = 1; //  used to stay under timelimit on ideone
unsigned long long k = 0;

int main(int argc, char** argv) {
    bool do_time = 1, do_test = 1;
    bool passed = true;
#ifdef HOPMAN_FAST
    series(hopman_fast)
#endif
#ifdef WM_VEC
    series(wm::vec)
#endif
#ifdef TM_CPP
    series(tmn::cpp)
#endif
#ifdef TM_VEC
    series(tmn::vec)
#endif
#ifdef AK_UNROLLED
    series(ak::unrolled)
#endif
#if defined(AK_BW)
    series(ak::bw)
#endif
#if defined(AK_FW)
    series(ak::fw)
#endif
    return k;
}