前言/上下文：我刚刚开始学习c ++，并决定编写一些将单个量子位门应用于量子寄存器的代码，其中该寄存器被保持在一个称为振幅的数组中，单个量子位门的四个元素是，b，c，d。我试图编写一个避免在第一次通过时出现if语句的版本，令我最初感到高兴的是，它似乎在性能上有轻微提高（〜10％）。如果我更改寄存器中的量子位数或用门指定的量子位数，我将得到类似的结果。然后，我尝试制作一个循环，对各种目标qubit进行时序比较，然后发生了一件非常奇怪的事情（至少对我而言）。我编写的替代函数避免了if语句使执行时间加倍（从〜0.23秒到0.46秒），而带有if语句的函数的执行时间不受影响（〜0.25秒）。这引出我的问题：
在任何一种情况下，如果给定相同的输入，如何在迭代这些输入的循环内花费更长的时间执行代码呢？
例如，如果我运行一个给出25个量子位和目标量子位1的测试，则“ no if”函数获胜。然后，如果我编写一个while循环，以25 qubits为起始点1的每个目标值进行比较，则“ no if”函数即使在第一次迭代中接收到与前一种情况相同的输入，也需要花费两倍的时间来执行。有趣的是，如果我仅包括while循环并通过在while语句中放入“ True”或通过注释掉增量语句target + = 1使其成为无限的while循环，则该函数将不再花费两倍的时间。这种现象需要循环和我所知道的增加。
如果这是我不那么熟悉的新语言的简单编码错误，请使用以下代码。我使用具有所有默认设置的Visual Studio 2017社区版，但我使用的是“发行版”版本，以加快代码执行速度。注释掉while语句和相应的右花括号后，“否”计时加倍。
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <complex>
void matmulpnoif(std::complex<float> arr[], std::complex<float> out[], int numqbits, std::complex<float> a,
std::complex<float> b, std::complex<float> c, std::complex<float> d, int target)
{
long length = 1 << (numqbits);
long offset = 1 << (target - 1);
long state = 0;
while (state < length)
{
out[state] = arr[state] * a + arr[state + offset] * b;
out[state + offset] = arr[state] * c + arr[state + offset] * d;
state += 1 + offset * (((state%offset) + 1) / offset);
}
}
void matmulpsingle(std::complex<float> arr[], std::complex<float> out[], int numqbits, std::complex<float> a,
std::complex<float> b, std::complex<float> c, std::complex<float> d, int target)
{
long length = 1 << (numqbits);
int shift = target - 1;
long offset = 1 << shift;
for (long state = 0; state < length; ++state)
{
if ((state >> shift) & 1)
{
out[state] = arr[state - offset] * c + arr[state] * d;
}
else
{
out[state] = arr[state] * a + arr[state + offset] * b;
}
}
}
int main()
{
using namespace std;
int numqbits = 25;
long arraylength = 1 << numqbits;
complex<float>* amplitudes = new complex<float>[arraylength];
for (long i = 0; i < arraylength; ++i)
{
amplitudes[i] = complex<float>(0., 0.);
}
amplitudes[0] = complex<float>(1., 0.);
complex<float> a(0., 0.);
complex<float> b(1., 0.);
complex<float> c(0., 0.);
complex<float> d(1., 0.);
int target = 1;
int repititions = 10;
clock_t startTime;
//while (target <= numqbits) {
startTime = clock();
for (int j = 0; j < repititions; ++j) {
complex<float>* outputs = new complex<float>[arraylength];
matmulpsingle(amplitudes, outputs, numqbits, a, b, c, d, target);
delete[] outputs;
}
cout << float(clock() - startTime) / (float)(CLOCKS_PER_SEC*repititions) << " seconds." << endl;
startTime = clock();
for (int k = 0; k < repititions; ++k) {
complex<float>* outputs = new complex<float>[arraylength];
matmulpnoif(amplitudes, outputs, numqbits, a, b, c, d, target);
delete[] outputs;
}
cout << float(clock() - startTime) / (float)(CLOCKS_PER_SEC*repititions) << " seconds." << endl;
target+=1;
//}
delete[] amplitudes;
return 0;
}
最佳答案
不幸的是，我还不能发表评论，所以即使它可能不是一个完整的答案，我也会在这里发表。
通常，您提出的问题很困难。编译器执行优化，这两种情况是不同的代码，因此它们的优化方式也不同。
例如，在我的机器（Linux，GCC 7.3.1）上，仅启用-O3，matmulpnoif总是更快（4.8s vs 2.4s或4.8s vs 4.2s-这些时间不是用clock()测量的） ，具体取决于循环是否存在）。如果我不得不猜测在这种情况下会发生什么，编译器可能会意识到offset始终为1，并优化其余操作（到目前为止，除法是您所拥有的最昂贵的操作）。但是，也可能是其他因素的组合。
另外要注意的是，clock()不应用于测量时间。它计算时钟滴答的次数，例如，如果您在2个线程中并行执行代码，则该次数将是时间的两倍（假设您的代码没有在任何地方等待-在我的机器上似乎不是这种情况）。如果您想测量时间，建议您查看<chrono>，high_resolution_clock应该可以解决问题。
另一个注意事项是，无需继续分配和取消分配输出数组，您可以简单地使用一个数组，这样可以减少浪费的时间。但是最重要的是，如果您使用的是C ++，我建议您将所有这些都放在一个类中，因为这是您将许多参数传递给每个函数，如果传递了很多参数，它会使事情变得既难于阅读又变慢。数据（复制时）。
另外要注意的是，由于您使用的是移位，因此使用无符号变量可能会更安全，因为右移>>对使用符号变量填充的内容没有严格的定义。至少要记住一点，它可能在那一侧填充1。
关于c++ - 给定看似只是因为处于循环中的相同输入，某些代码如何才能花更多时间运行？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/50481430/