quake3源代码学习--Q_rsqrt函数测试

最新推荐文章于 2025-12-18 13:07:04 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-18 13:07:04 发布 · 2.9k 阅读

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#float #测试 #算法 #math.h #优化 #linux

本文介绍了在Quake3中用于求1/sqrt(x)的高效算法Q_rsqrt，并通过测试对比了该算法与标准库函数的性能。在特定环境下，尽管Q_rsqrt表现出极高的效率，但在debug模式下或增加计数操作后，性能优势有所下降。测试结果显示开发环境、代码优化和函数调用方式对程序性能有显著影响。

最近看到一篇文章介绍quake3中的一种快速开方算法，今天测试了一下，结果很奇怪，希望有人能够帮助我解惑。

quake3中求1/sqrt(x)的算法源代码如下（未作任何修改）：

float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;

x2 = number * 0.5F;
y = number;
i = * ( long * ) &y;      // evil floating point bit level hacking
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 );               // what the fuck?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) );   // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) );   // 2nd iteration, this can be removed

#ifndef Q3_VM
#ifdef __linux__
assert( !isnan(y) ); // bk010122 - FPE?
#endif
#endif
return y;
}
此算法关键在于0x5f3759df的原理，详细论述我没仔细看，论文在http://www.lomont.org/Math/Papers/2003/InvSqrt.pdf 。

为了测试此算法的实际效果，我在p3 1.2G winxp_home vc6 下进行了测试（用release版本运行！），测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <time.h>

#define C_Lib_InvSqrt(f) (1./sqrtf(f))

float InvSqrt(float x)
{
float xhalf = 0.5f*x;
int i = *(int*)&x; // get bits for floating value
i = 0x5f3759df - (i>>1); // gives initial guess y0
x = *(float*)&i; // convert bits back to float
x = x*(1.5f-xhalf*x*x); // Newton step, repeating increases accuracy
return x;
}
inline float InvSqrt_inline(float x)
{
float xhalf = 0.5f*x;
int i = *(int*)&x; // get bits for floating value
i = 0x5f3759df - (i>>1); // gives initial guess y0
x = *(float*)&i; // convert bits back to float
x = x*(1.5f-xhalf*x*x); // Newton step, repeating increases accuracy
return x;
}

int main(void)
{
float f_1, f_t;
long lCount_1, lCount_2, sum;
time_t tStart, tEnd;

#define TestInvSqrt(func) /
lCount_1 = sum+1;/
tStart = clock();/
while(--lCount_1){lCount_2 = sum+1;while(--lCount_2)f_t = func(f_1);}/
tEnd = clock();/
printf("sum=%d*%d,/tfunction:" #func ",/ttime:%d,/tresult=%f/n", sum, sum, (tEnd - tStart), func(f_1));

sum = 100000000;
f_1 = 6.824;
// TestInvSqrt(InvSqrt);
TestInvSqrt(InvSqrt_inline);
TestInvSqrt(C_Lib_InvSqrt);

return 0;
}

注意：用release版本运行！

结果是：p3 1.2G winxp_home vc6 下release版本，inline函数，运行100000000×100000000次，时间都为0。如果修改为非inline，那么消耗主要在函数调用，不能证明什么。如果改用__int64计数，那么消耗主要在对__int64的计数运算上了，也证明不了什么。如果用debug版本，那么将运行次数降到10000×10000这个量级，倒是可以看出quake3源代码的优势，但为什么速度比release慢了不下10个数量级！？刚才将数量级再提高了8个，测试时间还是0。

问题：

1.为什么10^24次求1/sqrt(x)运算，时间消耗都为0？我想这是vc优化的结果，但奇怪的是，如果我在其中加入了循环计数，其计算次数的确是代码中所表达的次数。

收获：

1.debug与release，inline与非inline对程序的影响可能大于一些优化

2.开发环境对程序效率的影响也较大

3.事情往往不是想的那样，一切皆以实际为准。