快速填充像素的方法

假定我们要用同一种颜色填充100M个像素，每个像素占4个字节，什么方法最快？

第一种方法，也是最简单的方法，就是用一个循环不断填充每一个像素。

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

#define MAX_PIXELS 0x6400000
#define COLOR 0xaabbccdd

int main () {
    int *p = new int[MAX_PIXELS];
    clock_t start, finish;

    start = clock();
    for (long i=0; i<MAX_PIXELS; i++) {
        p[i] = COLOR;
    }    
    finish = clock();
    
    printf ("%lf ms
", (double)(finish - start)*1000/CLOCKS_PER_SEC);
    
    delete p; 
    return 0;
}

测试下性能，在gcc编译器不优化的情况下，需要270ms。

如果加上优化选项 -O3，需要210ms。是快了一点，但是很有限。

第二种方法，使用std::fill()函数。

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

#define MAX_PIXELS 0x6400000
#define COLOR 0xaabbccdd

int main () {
    int *p = new int[MAX_PIXELS];
    clock_t start, finish;

    start = clock();
    std::fill (p, p + MAX_PIXELS, COLOR);
    finish = clock();
    
    printf ("%lf ms
", (double)(finish - start)*1000/CLOCKS_PER_SEC);
    
    delete p; 
    return 0;
}

在gcc编译器不优化的情况下，仍然需要270ms。

如果加上优化选项 -O3，居然能在80ms跑完。这是什么巫术？

第三种方法，利用SSE指令嵌入汇编。 通过一条指令可以一次完成4个像素128位的填充，应该可以比一次1个像素大致快4倍。

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

#define MAX_PIXELS 0x6400000
#define COLOR 0xaabbccdd

int main () {
    int *p = new int[MAX_PIXELS];
    clock_t start, finish;
    
    int a[4] = {COLOR, COLOR, COLOR, COLOR};
    
    start = clock();
    asm("movdqa %0, %%xmm0
"::"m"(a));
    
    for (register long i=0; i<MAX_PIXELS; i+=4) {
        asm("movdqa %%xmm0, %0
"::"m"(p[i]));
    }
    finish = clock();

    printf ("%lf ms
", (double)(finish - start)*1000/CLOCKS_PER_SEC); 
    
    delete p; 
    return 0; 
}

测试下性能，在gcc编译器不优化的情况下，只需要70ms。

加上优化选项 -O3，反倒稍慢点需要80ms。原因是过度优化添加了一些冗余指令。

 

原来std::fill()的巫术就是利用了SSE优化。