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以下代码演示了 atan 计算时间可能会有很大差异：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cmath>

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <unistd.h>

double get_time()
{
    struct timeval t;
    struct timezone tzp;
    gettimeofday(&t, &tzp);
    return t.tv_sec + t.tv_usec*1e-6;
}

int main() {
    double worst_time = 0.0;
    double best_time = 1e6;

    volatile double x0 = -M_PI/2.0;
    volatile double foo = atan(x0); // SLOW CALL HERE
    volatile double sum = 0.0; // volatile to avoid having tan() call optimized away
    for (double x = x0; x < M_PI/3.0; x += 0.1) {
        volatile double y = x;
        const double start = get_time();
        asm volatile ("":::"memory"); // avoid reordering in -O3
        const double value = atan(y);
        asm volatile ("":::"memory"); // avoid reordering
        const double end = get_time();
        sum += value;

        const double delta = end - start;
        if (delta > worst_time) {
            worst_time = delta;
        }
        if (delta < best_time) {
            best_time = delta;
        }
        printf("* %f (value: %f)\n", delta, y);
    }

    printf("%f / %f\n", worst_time, best_time);

    printf("%f\n", foo);
}

从我的机器来看，最坏的时间大约是 15 微秒，而最佳时间是 0（太小而无法测量）。

我机器上的平均时间（此处未显示）约为 1 或 2 us。

我尝试了不同的编译标志（-O3、静态链接到 libm 等），但我找不到导致最坏时间慢得多的原因。任何的想法？

编辑：我使用的是 Ubuntu 14.04 - gcc 4.8.4

edit2：将 atan2 替换为 atan。我对 atan2 是分段定义的并且不同的分支可能需要不同的时间这一事实不感兴趣。我有兴趣消除即使调用 atan 而不是 atan2 也会出现的异常值。

编辑3：

* 0.000015 (value: -1.570796)
* 0.000000 (value: -1.470796)
* 0.000001 (value: -1.370796)
* 0.000001 (value: -1.270796)
* 0.000000 (value: -1.170796)
* 0.000002 (value: -1.070796)
* 0.000000 (value: -0.970796)
* 0.000001 (value: -0.870796)
* 0.000000 (value: -0.770796)
* 0.000000 (value: -0.670796)
* 0.000001 (value: -0.570796)
* 0.000000 (value: -0.470796)
* 0.000003 (value: -0.370796)
* 0.000001 (value: -0.270796)
* 0.000000 (value: -0.170796)
* 0.000000 (value: -0.070796)
* 0.000001 (value: 0.029204)
* 0.000000 (value: 0.129204)
* 0.000002 (value: 0.229204)
* 0.000001 (value: 0.329204)
* 0.000000 (value: 0.429204)
* 0.000001 (value: 0.529204)
* 0.000001 (value: 0.629204)
* 0.000001 (value: 0.729204)
* 0.000001 (value: 0.829204)
* 0.000001 (value: 0.929204)
* 0.000000 (value: 1.029204)
0.000015 / 0.000000 / 0.000001

编辑4：

看来第一个电话是罪魁祸首！循环外的调用被编译器优化掉了，如果我们强制 atan 在循环外进行评估 for x0，所有的调用都相当快......

* 0.000000 (value: -1.570796)
* 0.000001 (value: -1.470796)
* 0.000000 (value: -1.370796)
* 0.000002 (value: -1.270796)
* 0.000001 (value: -1.170796)
* 0.000001 (value: -1.070796)
* 0.000000 (value: -0.970796)
* 0.000000 (value: -0.870796)
* 0.000000 (value: -0.770796)
* 0.000001 (value: -0.670796)
* 0.000000 (value: -0.570796)
* 0.000000 (value: -0.470796)
* 0.000006 (value: -0.370796)
* 0.000001 (value: -0.270796)
* 0.000002 (value: -0.170796)
* 0.000001 (value: -0.070796)
* 0.000000 (value: 0.029204)
* 0.000001 (value: 0.129204)
* 0.000003 (value: 0.229204)
* 0.000000 (value: 0.329204)
* 0.000000 (value: 0.429204)
* 0.000000 (value: 0.529204)
* 0.000001 (value: 0.629204)
* 0.000000 (value: 0.729204)
* 0.000000 (value: 0.829204)
* 0.000000 (value: 0.929204)
* 0.000000 (value: 1.029204)
0.000006 / 0.000000

https://ideone.com/vtUuE6

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2 回答 2

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时间差异实际上是由页面错误（！）引起的。第一次调用该函数时，访问包含 atan2 代码的页面并发生页面错误。使用 mlockall() 应该可以改善这种情况。

于 2015-07-24T02:07:55.093 回答
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atan2 是一个分段函数，即对于某些值/值范围，它执行不同的操作，其中一些只是返回一个常数值，这非常快，但其他涉及实际的三角计算，这可能需要相当长的时间。如果您想了解详情，请访问https://en.wikipedia.org/wiki/Atan2

于 2015-07-17T03:14:56.657 回答