为什么Math.imul()在输入很少的情况下比常规乘法(*)快，而在大量输入的情况下要慢呢？

Question

我一直在尝试Math.imul()方法，我发现它在输入很少的情况下速度更快，在输入很多的情况下速度更慢。为什么会这样呢？

(也许它与Math.imul()本身无关，但这并不重要，我仍然对理解我得到的结果感兴趣。)

代码：

​

const base_multiplier = 40;
const input_counts = [
    base_multiplier,
    base_multiplier * 10,
    base_multiplier * 100,
    base_multiplier * 1000
];
for (const input_count of input_counts) {

    const value_pairs = Array
        .from({ length: input_count })
        .map(() => [
            Math.round(Math.random() * 100),
            Math.round(Math.random() * 100)
        ])

    console.time(`${input_count} inputs | Standart multiplication`);
    eval('value_pairs.forEach(([x, y]) => x * y)')
    console.timeEnd(`${input_count} inputs | Standart multiplication`);

    console.time(`${input_count} inputs | Imul multiplication`);
    eval('value_pairs.forEach(([x, y]) => Math.imul(x, y))')
    console.timeEnd(`${input_count} inputs | Imul multiplication`);

}

​

Chrome控制台的输出：

40 inputs | Standart multiplication: 0.048ms
40 inputs | Imul multiplication: 0.043ms
400 inputs | Standart multiplication: 0.031ms
400 inputs | Imul multiplication: 0.063ms
4000 inputs | Standart multiplication: 0.826ms
4000 inputs | Imul multiplication: 3.604ms
40000 inputs | Standart multiplication: 0.834ms
40000 inputs | Imul multiplication: 0.898ms

Node的输出：

40 inputs | Standart multiplication: 0.510ms
40 inputs | Imul multiplication: 0.064ms
400 inputs | Standart multiplication: 0.569ms
400 inputs | Imul multiplication: 0.108ms
4000 inputs | Standart multiplication: 0.172ms
4000 inputs | Imul multiplication: 3.253ms
40000 inputs | Standart multiplication: 0.502ms
40000 inputs | Imul multiplication: 0.762ms

Answer 1

基本的答案是，Math.imul和*的乘法是不同的，因此不应该像这样进行比较。Math.imul执行32位整数乘法，但仍然必须接受java脚本编号作为输入。因此，它必须执行额外的操作来转换和/或确保输入是整数。(参见https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Math/imul )

这意味着Math.imul(a,b)接受Js浮点数并产生类似于Math.floor(a) * Math.floor(b)的结果

为了使测试更准确，我们可以尝试使用Uint32数组，对Math.random结果进行舍入，确保所有分配发生在循环开始处，并在结束时计算和，以防止编译器优化mul操作。

结果仍然不明确，我怀疑这归结于整数运算带来的imul速度增益与转换和函数调用的损失之间的平衡。而这种平衡是大小相关的。

​

var base = 40;
var input = [base, base * 10, base * 100, base * 1000];
for (var j = 0; j < input.length; ++j) {
  var length = input[j];
  var arrayX = new Uint32Array(length);
  var arrayY = new Uint32Array(length);
  var im = new Uint32Array(length);
  var sm = new Uint32Array(length);

  for (var i = 0; i < input[j]; ++i) {
    arrayX[i] = Math.round(Math.random() * 100);
    arrayY[i] = Math.round(Math.random() * 100)
  }

  console.time(input[j] + ' inputs | Standard multiplication');
  for (var i = 0; i < length; ++i) {
    sm[i] = arrayX[i] * arrayY[i];
  }
  console.timeEnd(input[j] + ' inputs | Standard multiplication');

  console.time(input[j] + ' inputs | Imul multiplication');
  for (var i = 0; i < length; ++i) {
    im[i] = Math.imul(arrayX[i], arrayY[i]);
  }
  console.timeEnd(input[j] + ' inputs | Imul multiplication');

  // Prevent multiplication from being optimized away
  var sum = 0;
  for (var i = 0; i < length; ++i) {
    sum += sm[i];
    sum += im[i];
  }
  console.log(sum);
}

​

在我的机器上的Chrome中，对于40000或更大的输入大小，imul现在比标准的*乘法略快一些。而4000大小的情况对于imul来说仍然很慢。但是，如果基数更改为35，则它们大致相等。如果基数更改为55，则*将比imul慢得多。

40 inputs | Standard multiplication: 0.120ms
40 inputs | Imul multiplication: 0.035ms
203634
400 inputs | Standard multiplication: 0.045ms
400 inputs | Imul multiplication: 0.050ms
1967184
4000 inputs | Standard multiplication: 0.290ms
4000 inputs | Imul multiplication: 2.935ms
20062298
40000 inputs | Standard multiplication: 0.605ms
40000 inputs | Imul multiplication: 0.450ms
199130538


55 inputs | Standard multiplication: 0.130ms
55 inputs | Imul multiplication: 0.040ms
237716
550 inputs | Standard multiplication: 0.070ms
550 inputs | Imul multiplication: 0.060ms
2638770
5500 inputs | Standard multiplication: 3.175ms
5500 inputs | Imul multiplication: 0.095ms
27218460
55000 inputs | Standard multiplication: 0.850ms
55000 inputs | Imul multiplication: 0.575ms
277160962