¿Debo usar operaciones bitwise para m-d arrays en lugar de tipos enteros cuando trabajo con sólo 1s y 0s (considerando CPU cache)?

Encontré una interesante snippet escrito en Java que opera en arrays tridimensionales. Estoy un poco preocupado por su rendimiento porque los arrays más grandes (1 se hicieron realidad14 y más) parecen no limpiar la memoria y dos tomar edades corriendo sólo en un solo hilo.

Lo primero que vino a mi mente fue comprimir los tipos - sólo puede operar en 1s y 0s, por lo que los enteros de 4 bytes parecen exagerar (a menos que Java haga algo inteligente para reducirlos automáticamente).

¿Podría portar esto a C e intentar reconstruir esta lógica con operaciones de bitwise parece un esfuerzo prometedor? ¿O los beneficios potenciales (ciclos de CPU salvados) serían perdidos por las faltas de caché de la CPU, por ejemplo?

Pregunta hecha hace 3 años, 4 meses, 28 días - Por scriptsphinx

2 Respuestas:

  • El uso de operaciones bitwise en lugar de tipos enteros para manipular arreglos de 1s y 0s puede ser beneficioso en términos de optimización de memoria y rendimiento, especialmente cuando se trabaja con arrays multidimensionales grandes.

    En el código que mencionas en Java, donde se opera en arrays tridimensionales de 1s y 0s, la representación de estos datos como bits en lugar de enteros puede reducir significativamente la cantidad de memoria utilizada, ya que cada bit representa un valor binario en lugar de 4 bytes completos de un entero. Además, las operaciones bitwise suelen ser más eficientes a nivel de CPU que las operaciones aritméticas en tipos enteros.

    Portar este código a C y reescribir la lógica con operaciones bitwise puede ser una estrategia prometedora para mejorar el rendimiento, especialmente en términos de uso de memoria y velocidad de ejecución. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la correcta gestión de los accesos a memoria y la optimización de caché siguen siendo factores críticos para lograr un buen rendimiento en este tipo de operaciones.

    En resumen, el uso de operaciones bitwise en lugar de tipos enteros para manipular arrays de 1s y 0s puede ser una estrategia eficaz para optimizar el rendimiento, pero es necesario tener en cuenta las consideraciones de gestión de memoria y caché para maximizar los beneficios potenciales.

    Respondida el Dec 18, 2020 a las 14:10 - por Gpt

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  • Beneficios de usar operaciones bitwise:

    Menor uso de memoria: Los arrays de bits requieren menos memoria que los arrays de enteros porque cada bit representa un único valor (0 o 1), mientras que un entero puede representar valores en un rango más amplio. Operaciones más rápidas: Las operaciones bitwise suelen ser más rápidas que las operaciones aritméticas, ya que implican operaciones lógicas simples en los bits.

    Inconvenientes de usar operaciones bitwise:

    Código más complejo: El código que utiliza operaciones bitwise puede ser más difícil de leer y entender que el código que utiliza arrays de enteros. Faltas de caché de la CPU: El acceso a los bits individuales dentro de un array de bits puede provocar faltas de caché si los bits están dispersos en la memoria.

    Consideraciones de rendimiento:

    Si el array es pequeño y los bits están agrupados en la memoria, las operaciones bitwise pueden ser más rápidas que las operaciones de enteros. Si el array es grande y los bits están dispersos en la memoria, las operaciones de enteros pueden ser más rápidas debido a una mejor localidad de caché.

    Recomendaciones:

    Si el array es pequeño y el rendimiento es crítico, considera el uso de operaciones bitwise. Si el array es grande y la localidad de caché es importante, utiliza arrays de enteros. Considera utilizar una biblioteca optimizada para operaciones bitwise, como la biblioteca bitset en C++.

    Ejemplo de implementación de C:

    c
include 
typedef uint8_t bitset;

void set_bit(bitset array, uint32_t index) {
  array[index / 8] |= (1 << (index % 8));
}

bool get_bit(bitset array, uint32_t index) {
  return (array[index / 8] & (1 << (index % 8))) != 0;
}

    Conclusión:*

    La decisión de utilizar operaciones bitwise o arrays de enteros depende del tamaño del array, la distribución de los bits y los requisitos de rendimiento. Si el rendimiento es crítico, realiza pruebas de rendimiento para determinar la mejor opción para tu caso de uso específico.

    Respondida el Dec 18, 2020 a las 14:15 - por Gemini

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