Tantangan kinerja C ++: konversi integer ke std :: string

Adakah yang bisa mengalahkan kinerja integer saya ke kode std :: string, yang ditautkan di bawah?

Sudah ada beberapa pertanyaan yang menjelaskan cara mengubah integer menjadi a std::stringdi C ++, seperti ini , tetapi tidak ada solusi yang diberikan yang efisien.

Berikut adalah kode siap-kompilasi untuk beberapa metode umum untuk bersaing:

• The "C ++ way", menggunakan stringstream: http://ideone.com/jh3Sa
• sprintf, yang biasanya direkomendasikan oleh para SO-ers untuk yang sadar kinerja: http://ideone.com/82kwR

Berlawanan dengan kepercayaan populer , boost::lexical_castmemiliki penerapannya sendiri ( kertas putih ) dan tidak menggunakan stringstreamdan operator penyisipan numerik. Saya sangat ingin melihat kinerjanya dibandingkan, karena pertanyaan lain ini menunjukkan bahwa ini menyedihkan .

Dan kontribusi saya sendiri, yang kompetitif di komputer desktop, dan mendemonstrasikan pendekatan yang berjalan dengan kecepatan penuh pada sistem tertanam juga, tidak seperti algoritma yang bergantung pada modulo integer:

• Algoritma Ben: http://ideone.com/SsEUW

Jika Anda ingin menggunakan kode itu, saya akan membuatnya tersedia dengan lisensi BSD yang disederhanakan (penggunaan komersial diperbolehkan, atribusi diperlukan). Tanya saja.

Terakhir, fungsinya ltoatidak standar tetapi tersedia secara luas.

• versi ltoa, untuk siapa saja yang memiliki kompiler yang menyediakannya (ideone tidak): http://ideone.com/T5Wim

Saya akan memposting pengukuran kinerja saya sebagai jawaban segera.

Aturan untuk algoritme

• Berikan kode untuk konversi setidaknya bilangan bulat 32-bit dan unsigned menjadi desimal.
• Menghasilkan keluaran sebagai a std::string.
• Tidak ada trik yang tidak kompatibel dengan threading dan sinyal (misalnya, buffer statis).
• Anda dapat mengasumsikan kumpulan karakter ASCII.
• Pastikan untuk menguji kode Anda pada INT_MINmesin pelengkap dua di mana nilai absolut tidak dapat direpresentasikan.
• Idealnya, keluarannya harus karakter-untuk-karakter yang identik dengan versi C ++ kanonik menggunakan stringstream, http://ideone.com/jh3Sa , tetapi apa pun yang jelas dapat dimengerti sebagai nomor yang benar juga oke.
• BARU : Meskipun Anda dapat menggunakan opsi kompilator dan pengoptimal apa pun (kecuali sepenuhnya dinonaktifkan) yang Anda inginkan untuk perbandingan, kode juga perlu mengkompilasi dan memberikan hasil yang benar di bawah setidaknya VC ++ 2010 dan g ++.

Diharapkan untuk Diskusi

Selain algoritme yang lebih baik, saya juga ingin mendapatkan beberapa tolok ukur pada beberapa platform dan kompiler yang berbeda (mari gunakan throughput MB / s sebagai unit ukuran standar kami). Saya percaya bahwa kode untuk algoritme saya (saya tahu sprintftolok ukur mengambil beberapa pintasan - sekarang sudah diperbaiki) adalah perilaku yang ditentukan dengan baik oleh standar, setidaknya di bawah asumsi ASCII, tetapi jika Anda melihat perilaku atau input yang tidak ditentukan yang outputnya tidak valid, harap tunjukkan itu.

Kesimpulan:

Algoritme yang berbeda bekerja untuk g ++ dan VC2010, kemungkinan karena penerapan yang berbeda std::stringpada masing-masing. VC2010 jelas melakukan pekerjaan yang lebih baik dengan NRVO, menyingkirkan nilai balik yang hanya dibantu di gcc.

Kode ditemukan yang mengungguli sprintfdengan urutan besarnya. ostringstreamtertinggal dengan faktor 50 dan lebih.

Pemenang tantangan ini adalah pengguna434507 yang menghasilkan kode yang menjalankan 350% kecepatan saya sendiri di gcc. Entri lebih lanjut ditutup karena keinginan komunitas SO.

Juara kecepatan (final?) Saat ini adalah:

• Untuk gcc: user434507, 8 kali lebih cepat dari sprintf: http://ideone.com/0uhhX
• Untuk Visual C ++: Timo, 15 kali lebih cepat dari 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;
}

Ini akan meledak pada sistem yang melarang akses memori yang tidak selaras (dalam hal ini, tugas pertama yang tidak selaras melalui *(short*)akan menyebabkan segfault), tetapi seharusnya bekerja dengan sangat baik jika tidak.

Salah satu hal penting yang harus dilakukan adalah meminimalkan penggunaan std::string. (Ironis, saya tahu.) Dalam Visual Studio, misalnya, kebanyakan panggilan ke metode std :: string tidak sebaris, bahkan jika Anda menetapkan / Ob2 dalam opsi kompilator. Jadi, bahkan sesuatu yang sepele seperti panggilan ke std::string::clear(), yang mungkin Anda perkirakan akan sangat cepat, dapat menggunakan 100 clockticks saat menghubungkan CRT sebagai library statis, dan sebanyak 300 clockticks saat menghubungkan sebagai DLL.

Untuk alasan yang sama, mengembalikan melalui referensi lebih baik karena menghindari penugasan, konstruktor, dan destruktor.

Ah, tantangan luar biasa ngomong-ngomong ... Aku bersenang-senang dengan ini.

Saya memiliki dua algoritme untuk dikirimkan (kode ada di bagian bawah jika Anda ingin melewatkannya). Dalam perbandingan saya, saya mengharuskan fungsi mengembalikan string dan dapat menangani int dan unsigned int. Membandingkan hal-hal yang tidak membentuk string dengan yang tidak benar-benar masuk akal.

Yang pertama adalah implementasi menyenangkan yang tidak menggunakan tabel pencarian yang dihitung sebelumnya atau pembagian / modulo eksplisit. Yang ini kompetitif dengan yang lain dengan gcc dan dengan semua kecuali Timo di pnidui (untuk alasan bagus yang saya jelaskan di bawah). Algoritme kedua adalah pengajuan saya yang sebenarnya untuk kinerja tertinggi. Dalam pengujian saya, ini mengalahkan semua yang lain di gcc dan pnidui.

Saya rasa saya tahu mengapa beberapa hasil di MSVC sangat bagus. std :: string memiliki dua konstruktor yang relevan std::string(char* str, size_t n)
dan
std::string(ForwardIterator b, ForwardIterator e)
gcc melakukan hal yang sama untuk keduanya ... yaitu menggunakan yang kedua untuk mengimplementasikan yang pertama. Konstruktor pertama dapat diimplementasikan secara signifikan lebih efisien dari itu dan MSVC melakukannya. Manfaat sampingan dari ini adalah bahwa dalam beberapa kasus (seperti kode cepat saya dan kode Timo) konstruktor string dapat disisipkan. Faktanya, hanya beralih antara konstruktor ini di MSVC hampir perbedaan 2x lipat untuk kode saya.

Hasil pengujian kinerja saya:

Sumber Kode:

- Voigt
- Timo
- ergosys
- user434507
- user-voigt-timo
- hopman-fun
- hopman-fast

gcc 4.4.5 -O2 di Ubuntu 10.10 64-bit, Core i5

hopman_fun: 124,688 MB / dtk --- 8,020 dtk
hopman_fast: 137,552 MB / dtk --- 7,270 dtk
voigt: 120,192 MB / dtk --- 8,320 dtk
user_voigt_timo: 97,9432 MB / detik --- 10,210 dtk
timo: 120,482 MB / dtk --- 8,300 dtk
pengguna: 97,7517 MB / dtk --- 10,230 dtk
ergosys: 101,42 MB / detik --- 9,860 dtk

MSVC 2010 64-bit / Ox pada Windows 7 64-bit, Core i5

hopman_fun: 127 MB / dtk --- 7,874 dtk
hopman_fast: 259 MB / dtk --- 3,861 dtk
voigt: 221,435 MB / detik --- 4,516 dtk
user_voigt_timo: 195.695 MB / detik --- 5.110 s
timo: 253.165 MB / detik --- 3.950 dtk
pengguna: 212,63 MB / dtk --- 4,703 dtk
ergosys: 78,0518 MB / detik --- 12,812 dtk

Berikut adalah beberapa hasil dan kerangka pengujian / waktu pada ideone
http://ideone.com/XZRqp
Perhatikan bahwa ideone adalah lingkungan 32-bit. Kedua algoritme saya menderita karenanya, tetapi hopman_fast setidaknya masih kompetitif.

Perhatikan bahwa untuk dua atau lebih yang tidak membuat string saya menambahkan template fungsi berikut:

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

Sekarang untuk kode saya ... pertama yang menyenangkan:

    // 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);
}

Lalu yang cepat:

    // 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);
}

Data tolok ukur untuk kode yang diberikan dalam pertanyaan:

Di ideone (gcc 4.3.4):

• stringstreams: 4,4 MB / dtk
• sprintf: 25.0 MB / dtk
• milik saya (Ben Voigt) : 55,8 MB / s
• Timo : 58,5 MB / dtk
• pengguna434507 : 199 MB / dtk
• hibrida Ben-Timo-507 pengguna434507 : 263 MB / dtk

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

cl /Ox /EHsc

• stringstream: 3,39 MB / dtk, 3,67 MB / dtk
• sprintf: 16,8 MB / dtk, 16,2 MB / dtk
• milik saya: 194 MB / s, 207 MB / s (dengan PGO diaktifkan: 250 MB / s)

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

cl /Ox /EHsc

• stringstream: 4,42 MB / dtk, 4,92 MB / dtk
• sprintf: 21.0 MB / s, 20.8 MB / s
• milik saya: 238 MB / s, 228 MB / s

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

g++ -O3

• stringstreams: 2,19 MB / dtk, 2,17 MB / dtk
• sprintf: 13,1 MB / dtk, 13,4 MB / dtk
• milikku: 30.0 MB / s, 30.2 MB / s

edit : Saya akan menambahkan jawaban saya sendiri, tetapi pertanyaannya telah ditutup jadi saya menambahkannya di sini. :) Saya menulis algoritme saya sendiri dan berhasil mendapatkan peningkatan yang layak atas kode Ben, meskipun saya hanya mengujinya di MSVC 2010. Saya juga membuat tolok ukur dari semua implementasi yang disajikan sejauh ini, menggunakan pengaturan pengujian yang sama dengan yang ada di aslinya Ben kode. - Timo

Intel Q9450, Win XP 32bit, MSVC 2010

cl /O2 /EHsc

• stringstream: 2,87 MB / dtk
• sprintf: 16.1 MB / dtk
• Ben: 202 MB / dtk
• Ben (buffer tidak bertanda): 82.0 MB / s
• ergosys (versi terbaru): 64.2 MB / s
• pengguna434507: 172 MB / dtk
• Timo: 241 MB / dtk

-

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);
}

Meskipun info yang kami dapatkan di sini untuk algoritme cukup bagus, menurut saya pertanyaannya adalah "rusak", dan saya akan menjelaskan mengapa saya berpikir demikian:

Pertanyaan tersebut meminta untuk mengambil kinerja int-> std::stringkonversi, dan ini mungkin menarik saat membandingkan metode yang umum tersedia, seperti implementasi stringstream yang berbeda atau boost :: lexical_cast. Namun, tidak masuk akal ketika meminta kode baru , algoritme khusus, untuk melakukan ini. Alasannya adalah bahwa int2string akan selalu melibatkan alokasi heap dari std :: string dan jika kita mencoba memeras yang terakhir dari algoritma konversi kita, menurut saya tidak masuk akal untuk mencampur pengukuran ini dengan alokasi heap yang dilakukan oleh std: :tali. Jika saya ingin konversi performant, saya akan selalu menggunakan buffer ukuran tetap dan tentu saja tidak pernah mengalokasikan apa pun di heap!

Singkatnya, menurut saya pengaturan waktunya harus dibagi:

• Pertama, konversi tercepat (int -> buffer tetap).
• Kedua, waktu penyalinan (buffer tetap -> std :: string).
• Ketiga, memeriksa bagaimana alokasi std :: string dapat langsung digunakan sebagai buffer, untuk menyimpan penyalinan.

Aspek-aspek tersebut jangan sampai tercampur dalam satu waktu, IMHO.

Saya tidak dapat menguji di bawah VS, tetapi ini tampaknya lebih cepat daripada kode Anda untuk g ++, sekitar 10%. Mungkin bisa disetel, nilai keputusan yang dipilih adalah tebakan. int saja, maaf.

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); 
}

Memperbarui jawaban pengguna2985907 ... 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
Press any key to continue . . .

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
Press any key to continue . . .

Integer To String Test (type 3)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   505625000      Time:  1.6482sec        Rate:145610315.7819nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time: 20.7064sec        Rate: 11590618.6109nums/sec
[karma]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.3036sec        Rate: 55767734.3570nums/sec
[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
Press any key to continue . . .

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());
}

Inilah percobaan kecil saya dari teka-teki yang menyenangkan ini.

Alih-alih menggunakan tabel pencarian, saya ingin kompiler untuk mencari tahu semuanya. Dalam kasus ini khususnya - jika Anda membaca Hackers 'Delight, Anda akan melihat cara kerja divide dan modulo - yang membuatnya sangat mungkin untuk dioptimalkan menggunakan instruksi SSE / AVX.

Tolok ukur kinerja

Untuk kecepatan, tolok ukur saya di sini memberi tahu saya bahwa ini 1,5 kali lebih cepat daripada kerja Timo (pada Intel Haswell saya berjalan pada sekitar 1 GB / s).

Hal-hal yang bisa Anda anggap curang

Adapun cheat not-making-a-std-string yang saya gunakan - tentu saja saya mempertimbangkannya untuk benchmark saya terhadap metode Timo juga.

Saya menggunakan intrinsik: BSR. Jika Anda suka, Anda juga dapat menggunakan tabel DeBruijn - yang merupakan salah satu hal yang saya tulis sedikit tentang posting '2log tercepat' saya. Tentu saja, ini memang memiliki penalti kinerja (* yah ... jika Anda melakukan banyak operasi itoa, Anda sebenarnya dapat membuat BSR lebih cepat tetapi saya rasa itu tidak adil ...).

Cara kerjanya

Hal pertama yang harus dilakukan adalah mencari tahu berapa banyak memori yang kita butuhkan. Ini pada dasarnya adalah 10log, yang dapat diterapkan dengan berbagai cara cerdas. Lihat " Bit Twiddling Hacks " yang sering dikutip untuk detailnya.

Hal berikutnya yang harus dilakukan adalah menjalankan keluaran numerik. Saya menggunakan rekursi template untuk ini, jadi kompilator akan mengetahuinya.

Saya menggunakan 'modulo' dan 'div' tepat di samping satu sama lain. Jika Anda membaca Hacker's Delight, Anda akan melihat bahwa keduanya terkait erat, jadi jika Anda memiliki satu jawaban, Anda mungkin juga memiliki jawaban yang lain. Saya pikir kompiler dapat mengetahui detailnya ... :-)

Kode

Mendapatkan jumlah digit menggunakan log (dimodifikasi )10:

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]);
    }
};

Dapatkan sendiri stringnya:

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;
    }
}

Saya sudah duduk-duduk sebentar dan akhirnya sempat mempostingnya.

Beberapa metode lebih banyak dibandingkan dengan kata ganda sekaligus hopman_fast . Hasilnya adalah untuk std :: string yang dioptimalkan untuk string pendek GCC karena jika tidak, perbedaan kinerja dikaburkan oleh overhead kode manajemen string salin-saat-tulis. Throughput diukur dengan cara yang sama seperti di tempat lain dalam topik ini, jumlah siklus untuk bagian serialisasi mentah dari kode sebelum menyalin buffer keluaran ke dalam string.

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  

Sakelar waktu kompilasi:

-DVSTRING - mengaktifkan string SSO untuk penyiapan GCC yang lebih lama
-DBSR1 - mengaktifkan log
cepat10 -DRDTSC - mengaktifkan penghitung siklus

#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;
}