GetNumberOfChars(str : string; chr : char) : Integer ?

jaenicke · Verfasst: Mo 04.05.09 14:16

Ok, es soll schnell sein? Das geht dann aber noch besser. ;-)

Nämlich direkt per Assembler statt nur eingebettet und mit repne scasb als Assemblerbefehl. Ich kann es ja kurz mal komplett schreiben.

Nebenbei zu deiner Initialisierung: Der erste Parameter liegt eh in eax. ;-)

BenBE · Verfasst: Mo 04.05.09 14:19

Du verschenkst Zyklen, weil Du noch Begin\End schreibst. Mach rein ASM, ohne Variablen-Deklaration, dann sparst Du noch paar. Wobei es auch noch was bringen könnte, mit REPNE SCASB zu suchen und nur zu zählen,. wie häufig die Schleife abbricht ...

@jaenicke: Nicht, wenn er das eingebettet schreibt. Dann liegt der zwar in EAX, Delphi kopiert den aber zwischenzeitlich noch mal sonstwo hin.

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Anyone who is capable of being elected president should on no account be allowed to do the job.
Ich code EdgeMonkey - In dubio pro Setting.

jaenicke · Verfasst: Mo 04.05.09 14:20

Erster

, bin grad dabei es richtig zu schreiben.

BenBE · Verfasst: Mo 04.05.09 14:21

Zwei ..., ein Gedanke ?? Oder wie.

Aber ja, mach Dir kurz die Arbeit, dann darf ich meckern ;-)

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thepaine91 · Verfasst: Mo 04.05.09 14:54

Was ich jetzt noch toll finden würde wenn die Version auch Stringkompatible wäre.
Wenn du das noch ändern könntest wäre super. =)
Da du keine Testergebnise dazugestellt hast würd ich das gerne mal testen

jaenicke · Verfasst: Mo 04.05.09 21:24

Soo, hier eine Version mit repne scasb/scasw, die auch mit Unicode und Delphi 2009 klarkommen sollte:
// EDIT: modifizierte Fassung:

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Delphi-Quelltext

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function CountCharOccurrences(const aChar: Char; const aString: String): Integer;
asm
  // Wenn edx 0 ist, abbrechen und 0 zurückgeben
  or edx, edx
  jnz @ValidString
  xor eax, eax
  ret
  @ValidString:

  // Register sichern
  push edi

  // in al ist bereits aChar drin, fehlt für scasb noch der zu scannende
  // String in edi
  mov edi, edx
  mov dword ptr ecx, [edx - $04]

  xor edx, edx // Zähler auf 0

  @repeat:
  inc edx
  {$ifdef UNICODE}
  repne scasw
  {$else}
  repne scasb
  {$endif}
  jz @repeat

  // Ergebnis zurückgeben
  dec edx
  mov eax, edx

  // Register wiederherstellen
  pop edi
end;

Alte Fassung:

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Delphi-Quelltext

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function GetNumberOfChars(const aChar: Char; const aString: String): Integer;
asm
  // Wenn edx 0 ist, abbrechen und 0 zurückgeben
  cmp edx, 0
  jnz @ValidString
  xor eax, eax
  ret
  @ValidString:

  // Register sichern
  push edi
  push ebx
  push ecx

  xor ebx, ebx // Zähler auf 0

  // in al ist bereits aChar drin, fehlt für scasb noch der zu scannende
  // String in edi
  mov edi, edx
  mov ecx, [edx - $04]

  @repeat:
  inc ebx
  {$ifdef UNICODE}
  repne scasw
  {$else}
  repne scasb
  {$endif}
  jz @repeat

  // Ergebnis zurückgeben
  dec ebx
  mov eax, ebx

  // Register wiederherstellen
  pop ecx
  pop ebx
  pop edi
end;

BenBE · Verfasst: Mo 04.05.09 23:16

@jaenicke: ECX brauchst Du nicht mit sichern. EAX, EDX und ECX sind Vogelfrei ;-)

Bitte ergänze aber bei den expliziten Speicherzugriffen mal noch die Memory Size Modifier (BYTE PTR vs. WORD PTR @LOC 20).

Ferner: Vergleich auf 0 mit OR EDX, EDX oder TEST EDX, EDX in LOC 4

Sonst seh ich jetzt erstmal nichts, außer, dass Du das Zählen der Vorkommen nach EDX legen solltest, dann fällt das Sichern von EBX weg (2 Befehle + 2 Memory Zugriffe auf den Stack)

Edit: Okay, ich bin heut mal nicht so: Hier eine etwas optimierte Fassung:

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function GetNumberOfChars(const aChar: Char; const aString: String): Integer;
asm
    // Wenn edx 0 ist, abbrechen und 0 zurückgeben
    TEST    EDX, EDX
    JNZ     @@ValidString

    XOR     EAX, EAX
    RET

@@ValidString:

    // Register sichern
    PUSH    EDI

    // in al ist bereits aChar drin, fehlt für scasb noch der zu scannende
    // String in edi
    MOV     EDI, EDX
    MOV     ECX, DWORD PTR [EDX - $04]

    // Zähler auf 0
    XOR     EDX, EDX

@@repeat:
    INC     EDX

    {$IFDEF UNICODE}
    REPNE   SCASW
    {$ELSE}
    REPNE   SCASB
    {$ENDIF}
    JZ @@repeat

    // Ergebnis zurückgeben
//    DEC     EDX
//    MOV     EAX, EDX
    LEA     EAX, DWORD PTR [EDX - $01] 
    //Do the copying with one instruction instead of two
    //This leaves the ALU free for other tasks

    // Register wiederherstellen
    POP     EDI
end;

Die Änderung bzgl. der ALU müsste man testen, sollte aber IMHO eine Einsparung liefern, vorausgesetzt die CPU benötigt für POP keine Memory Address Unit, ansonsten die Variante über die ALU nehmen ;-)

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jaenicke · Verfasst: Mo 04.05.09 23:29

Ich hatte auch gerade eine editierte Version oben reineditiert. :mrgreen:

Deine schau ich gleich noch an. ;-)

BenBE hat folgendes geschrieben :

Bitte ergänze aber bei den expliziten Speicherzugriffen mal noch die Memory Size Modifier (BYTE PTR vs. WORD PTR @LOC 20).

Ich dachte das würde reichen, dass ich eax, also ein 32-Bit-Register, angebe, damit das klar ist.
Was passiert da denn mit dieser Änderung anders? So genau kenne ich mich dann doch nicht damit aus. ;-)

BenBE · Verfasst: Mo 04.05.09 23:35

jaenicke hat folgendes geschrieben :

Ich hatte auch gerade eine editierte Version oben reineditiert. :mrgreen:

Deine schau ich gleich noch an. ;-)

BenBE hat folgendes geschrieben :

Bitte ergänze aber bei den expliziten Speicherzugriffen mal noch die Memory Size Modifier (BYTE PTR vs. WORD PTR @LOC 20).

Ich dachte das würde reichen, dass ich eax, also ein 32-Bit-Register, angebe, damit das klar ist.
Was passiert da denn mit dieser Änderung anders? So genau kenne ich mich dann doch nicht damit aus. ;-)

Der DCC32 nimmt automatisch schon bei vielen Befehlen 32 Bit als Operandengröße an, teilweise auch da, wo das Weglassen der Größenangabe mehrdeutig ist (Bei MOVZX nimmt er z.B. 8 Bit an). Wenn man das also mit angibt sorgt man dafür, dass der Leser den Überblick behält, in welcher Größe wo gelesen wird. Zusätzlich macht es den Code auch für ältere Delphi-Versionen kompatibel, wo eine Reihe solcher automatischen Annahmen noch nicht getroffen wurden. Zu dem Thema gab es mal Bugreports in der uallCollection, wo ich uall einmal etwas genauer darauf hingewiesen hab. Such einfach mal hier in der Sparte, falls Du das genauer brauchst.

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thepaine91 · Verfasst: Di 05.05.09 08:59

Naja den großen Geschwindigkeits Unterschied erkenne ich da nicht. Habe gerade meine Version mit eurer verglichen und die waren immer knap aneinander. Mal war die eine und mal die andere schneller. Das bei 100000 durchläufgen in einem String mit 250 Zeichen.

thepaine91 · Verfasst: Mi 06.05.09 15:48

Posex existiert bei mir nicht: Delphi6
Hab meine Funktion nochmal verändert und diese ist deutlich schneller als die Funktion mit Copy.

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function TForm1.Substringmenge(Substring, Text: Pchar): integer;
var PC :Pchar;
    i  : integer;
begin 
  Result := 0;
  PC := Text - 1;
  while (PC <> nil) do
  begin
    inc(PC);
    PC := AnsiStrPos(PC, substring);
    inc(Result);
  end;
  Result := Result - 1;
end;

Konnte das ganze leider nicht mit der Version von jeanicke vergleichen da ich kein Posex zu verfügung stehen habe.

BenBE · Verfasst: Mi 06.05.09 15:50

Dann vergleich bitte einmal mit der (ASM-)Version von mir ...

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thepaine91 · Verfasst: Mi 06.05.09 16:05

BenBe bei deiner Funktion bekomme ich einzig und alleine eine Fehlermeldung: Zugriffsverletzung bei Addresse ...
cursor hält hier : REPNE SCASB
Dann funktioniert deine Version auch nur mit Char und nicht mit String. (Somit haben die Funktionen nicht die gleiche Vorraussetzung)

BenBE · Verfasst: Mi 06.05.09 19:22

k, dann tausch mal EDI durch ESI (an allen Stellen).

@jaenicke: Der Bug stammt noch von dir!

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jaenicke · Verfasst: Mi 06.05.09 19:53

Aber der zu durchsuchende String gehört doch in EDI, jedenfalls hatte ich das so gelesen. :gruebel:

// EDIT:
Mit ESI gibt es eine Schutzverletzung. :gruebel:

Chemiker · Verfasst: Mi 06.05.09 22:22

Hallo thepaine91,

es sollte beide ASM – Function funktionieren.

Kann es sein, dass Du die Routinen als Methode einer Klasse aufrufst(z.B. Form1)? Dort werden beide ASM-Routinen nicht funktionieren.
Der Threadstarter wollte auf ein Char prüfen nicht einen Stringvergleich.

Bis bald Chemiker

thepaine91 · Verfasst: Do 07.05.09 09:49

HI jo mir ist bewusste das es um Charsuche ging aber finde es Praktisch wenn die FUnktion beides kann.
Für chars ist aber eindeutig die asm version vom benbe zu empfehlen.

Ergebnis bei 250 Zeichen vorkommen des Chars 250* :
Zeit mit Pcharfunktion: 177,307459467785
Zeit mit ASMfunktion: 6,85811744229895

Ergebnis bei 250 Zeichen vorkommen des Chars 1 :
Zeit mit Pcharfunktion: 2,56759448476828
Zeit mit ASMfunktion: 1,60512579112585

Angaben in mikrosekunden für einen Durchlauf ca. (pentium4 2,8 ghz)

Horst_H · Verfasst: Do 07.05.09 14:26

Hallo,

merkwürdige Zahlen.( AMDX2 2,3 Ghz )
Zeit mit ASMfunktion: 1,60512579112585
wären bei mir Asm : 0.250 mikrosekunden

Ich habe ASm/Pas doppelt laufen lassen falls Cool&quite dazwischen funken sollte, tut es aber nicht.

Für 1 Mio Durchläufe mit Stringlänge 250.
Wiederholerate = 1 => Alle Zeichen des Strings sind das Suchzeichen.
Freepascal 2.2.4:

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Running "c:\fpc\2.2.4\bin\i386-win32\noofchar.exe "
250
Asm : 00:00:02.125
250
Pas : 00:00:00.359
250
Asm : 00:00:02.141
250
Pas : 00:00:00.375
125
SubStringPas : 00:00:06.906

Turbo-Delphi 2006

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Quelltext

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250
Asm : 00:00:02.125
250
Pas : 00:00:00.235
250
Asm : 00:00:02.156
250
Pas : 00:00:00.234
250
SubStringPas : 00:01:54.032 // Holla???

Asm dauert 10 mal so lang.

Für 1 Mio Durchläufe
Wiederholerate = 250 => ein einziges Vorkommen des Suchzeichens.
Freepascal 2.2.4:

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Quelltext

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Running "c:\noofchar.exe "
1
Asm : 00:00:00.250
1
Pas : 00:00:00.562
1
Asm : 00:00:00.235
1
Pas : 00:00:00.562
1
SubStringPas : 00:00:00.266

Turbo-Delphi2006

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Quelltext

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1
Asm : 00:00:00.235
1
Pas : 00:00:00.453
1
Asm : 00:00:00.250
1
Pas : 00:00:00.453
1
SubStringPas : 00:00:00.953

Assembler ist etwa doppelt so schnell.

Und die Pascal Umsetzung von Delphi ist immer noch ein wenig besser als von Freepascal.

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Delphi-Quelltext

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function GetNumberOfChars_Pas(const aChar: Char; const aString: String): Integer;
var
  i : integer;
begin
  result := 0;
  IF aString = '' then
    exit;
  //Abwärts,weil sonst jedesmal length abgefragt wird
  For i := length(aSTring) downto 1 do
    begin
    if aString[i] = aChar then
      inc(result);
    end;
end;

Gruß Horst

EDIT:
Hier eine Assembler Version, die konstante Zeit braucht, egal, wie oft das gesuchte Zeichen vorkommt, statt Sprung nach vergleich wird gerechnet.
Wenn ich richtig gerechnet habe, braucht diese Version ~3 Takte pro Zeichen.
BenBe's bei seltenem vorkommen 2 Takte und die Pascalversion zwischen 3 und 8 Takten ( Abstand von 7 zwischen den Vorkommen brachte die Sprungverhersage wohl aus dem Tritt)

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asm
    .....

    // Zähler auf 0
    XOR     EDX,EDX;

    //aChar retten
    PUSH    EBX
    MOVZX   EBX, AL

@@repeat:
    SUB     AL,Byte Ptr [EDI+ECX]
{***** EDIT: wie umständlich....  
    NOT     AL    ; //Nur wenn AL= 0 =>AL = $FF
    ADD     AL,1  ; //und nur dann ist Carry gesetzt
******}
    SUB     AL,1  ; //Nur wenn AL= 0 =>AL-1 = $FF=> Carry gesetzt
    MOV     EAX, EBX  // EAX wiedre zu aChar machen
    ADC     EDX,0 ; //Carry addieren

    DEC     ECX
    JGE     @@repeat //

    ADC     EDX,0 ;
    // Register wiederherstellen

    POP     EBX
    POP     EDI
    MOV     EAX,EDX
end;

Ergibt mit 10000 Zeichen langen Strings (sehr kleiner Aufrufoverhead ) aus einem Buchstaben und 100000 Durchläufen:

EDIT: 14.7.2010 AMD Athlon II X2 2,9 Ghz

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./NoOfChar

Alle 1 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:06.562  Asm_BenBe_Takte :  19.03
Asm       : 00:00:00.806  Asm_Takte :         2.34
Pas       : 00:00:01.385  PasTakte :          4.02

Alle 7 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:01.529  Asm_BenBe_Takte :   4.43
Asm       : 00:00:00.806  Asm_Takte :         2.34
Pas       : 00:00:01.976  PasTakte :          5.73

Alle 32 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:00.875  Asm_BenBe_Takte :   2.54
Asm       : 00:00:00.806  Asm_Takte :         2.34
Pas       : 00:00:02.266  PasTakte :          6.57

Alle 96 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:00.752  Asm_BenBe_Takte :   2.18
Asm       : 00:00:00.806  Asm_Takte :         2.34
Pas       : 00:00:02.139  PasTakte :          6.20

Alle 254 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:00.714  Asm_BenBe_Takte :   2.07
Asm       : 00:00:00.807  Asm_Takte :         2.34
Pas       : 00:00:02.097  PasTakte :          6.08

Habe fertig

Es ist erstaunlich, wie sehr scawb ausgebremst wird.
Auch, dass meine 6 Befehle der inneren Schleife in 2.34 Takten abgearbeitet werden.
Ab einem Abstand größer 64 Buchstaben ist ASM_BenBe immer schneller als meine angepasste Version, aber nicht die Welt.

P.S. ein paar Tags
Buchstaben Buchstabe char chars Anzahl zählen count

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Horst_H · Verfasst: Di 07.04.15 09:07

Hallo,

es hat sich bei den CPUs wohl was getan.
Mit Intel Haswell i4330 sieht es schon wieder ganz anders aus.Mit freepascal 3.0.1 getestet.
Selbst die Pascal-Version ist schneller als die ASM Version mit
repne scasX

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Delphi-Quelltext

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164:
165:
166:

{$IFDEF FPC}
  {$MODE objFPC}
  {$H+}
  {$ASMMODE INTEL}
  {$Optimization ON,RegVar,CSE,ASMCSE,PeepHole}
  {$CODEALIGN proc= 32,loop=4}
{$ELSE}
  {$APPTYPE CONSOLE}  
{$ENDIF}
uses
  sysutils;

function GetNumberOfChars_Pas(const aChar: Char; aString: AnsiString): Integer;
var
  i : integer;
  pc : pchar;
begin
  result := 0;
  IF aString = '' then
    exit;
  i := length(aSTring)-1;
  pc := pChar(aString);
  For i :=  i downto 0 do
    IF pc[i] = aChar then
      inc(result);
//  For i :=  i downto 0 do   result := result + ORD(pc[i] = aChar);      
end;

function GetNumberOfChars_ASM(const aChar: Char; const aString: AnsiString): Integer;assembler;nostackframe;
asm
    // Wenn edx 0 ist, abbrechen und 0 zurückgeben
    TEST    EDX, EDX
    JNZ     @@ValidString
    XOR     EAX, EAX
    JMP     @@Ende

@@ValidString:

    // Register sichern
    PUSH    EDI
    PUSH    EBX

    // in al ist bereits aChar drin
    MOV     EDI,EDX
    MOV     ECX, DWORD PTR [EDX - $04]

    //aChar retten
    MOVZX     EBX, AL

    // Zähler auf 0
    clc
    XOR     EDX,EDX;

@@repeat:
    SUB     AL,Byte Ptr [EDI+ECX]
    SUB     AL,1  ;   //Nur wenn AL= 0 =>AL = $FF und Carry/Borrow gesetzt
    MOV     EAX, EBX  //EAX wieder zu aChar machen    
    ADC     EDX,0 ;   //Carry addieren
    DEC     ECX
    JGE     @@repeat //

    ADC     EDX,0 ;
    // Register wiederherstellen

    POP     EBX
    POP     EDI
    MOV     EAX,EDX
@@Ende:
end;

function GetNumberOfChars_ASMBe(const aChar: Char; const aString: AnsiString): Integer;assembler;
asm
    // Wenn edx 0 ist, abbrechen und 0 zurückgeben
    TEST    EDX, EDX
    JNZ     @@ValidString

    XOR     EAX, EAX
    RET

@@ValidString:

    // Register sichern
    PUSH    EDI

    // in al ist bereits aChar drin, fehlt für scasb noch der zu scannende
    // String in edi
    MOV     EDI, EDX
    MOV     ECX, DWORD PTR [EDX - $04]

    // Zähler auf 0
    XOR     EDX, EDX

@@repeat:
    INC     EDX

    {$IFDEF UNICODE}
    REPNE   SCASW
    {$ELSE}
    REPNE   SCASB
    {$ENDIF}
    JZ @@repeat

    // Ergebnis zurückgeben
//    DEC     EDX
//    MOV     EAX, EDX
    LEA     EAX, DWORD PTR [EDX - $01]
    //Do the copying with one instruction instead of two
    //This leaves the ALU free for other tasks

    // Register wiederherstellen
    POP     EDI
end;

const
  CPUF = 3500000000;   // CPU-Frequenz

  MAXCOUNT= 100000;
  MAXLENGTH = 10000;

procedure Test(Wiederholrate:integer);
var
  t1,t0: TDateTime;
  TestStr : AnsiString;
  TestChr : char;
  i : integer;
begin
  setlength(TestStr,MAXLENGTH);
  //Strings ,die die Abfolge 1234..WIEDERHOLRATE-1 enthalten
  For i := length(TestStr) Downto 1 do
    TestStr[i] := chr(i mod WIEDERHOLRATE +1);
  testChr := chr(1);

  Writeln('Alle ',Wiederholrate,' Zeichen kommt chr(1) im String der Länge ',length(TestStr),' vor');

  t0 := time;
  For I := 1 to MAXCOUNT do
    GetNumberOfChars_ASMBe(TestChr,TestStr);
  t1 := time;
  write('Asm_BenBe : ',FormatDateTime('hh:mm:ss.zzz',t1-t0));
  writeln('  Asm_BenBe_Takte : ',(t1-t0)*86400 /MAXCOUNT/MAXLENGTH*CPUF:6:2);

  t0 := time;
  For I := 1 to MAXCOUNT do
    GetNumberOfChars_ASM(TestChr,TestStr);
  t1 := time;
  write('Asm       : ',FormatDateTime('hh:mm:ss.zzz',t1-t0));
  writeln('  Asm_Takte :       ',(t1-t0)*86400 /MAXCOUNT/MAXLENGTH*CPUF:6:2);

  t0 := time;
  For I := 1 to MAXCOUNT do
    GetNumberOfChars_PAS(TestChr,TestStr);
  t1 := time;
  write('Pas       : ',FormatDateTime('hh:mm:ss.zzz',t1-t0));
  writeln('  PasTakte :        ',(t1-t0)*86400 /MAXCOUNT/MAXLENGTH*CPUF:6:2);
  writeln;
end;
Begin
Test(1); 
Test(7);
Test(32);
Test(96);
Test(254);
writeln;
writeln('Habe fertig');
readln;
end.

Mit der Ausgabe

markieren

Quelltext

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23:
24:
25:
26:

Alle 1 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:14.314  Asm_BenBe_Takte :  50.10
Asm       : 00:00:00.409  Asm_Takte :         1.43
Pas       : 00:00:00.487  PasTakte :          1.70

Alle 7 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:02.582  Asm_BenBe_Takte :   9.04
Asm       : 00:00:00.410  Asm_Takte :         1.44
Pas       : 00:00:00.906  PasTakte :          3.17

Alle 32 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:01.014  Asm_BenBe_Takte :   3.55
Asm       : 00:00:00.416  Asm_Takte :         1.46
Pas       : 00:00:00.910  PasTakte :          3.18

Alle 96 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:00.723  Asm_BenBe_Takte :   2.53
Asm       : 00:00:00.408  Asm_Takte :         1.43
Pas       : 00:00:00.687  PasTakte :          2.40

Alle 254 Zeichen kommt chr(1) im String der Länge 10000 vor
Asm_BenBe : 00:00:00.632  Asm_BenBe_Takte :   2.21
Asm       : 00:00:00.408  Asm_Takte :         1.43
Pas       : 00:00:00.624  PasTakte :          2.18

Habe fertig

Das sollte man vielleicht in www.entwickler-ecke....g+zaehlen_92019.html zur Sprache bringen.

Gruß Horst

Martok · Verfasst: Di 07.04.15 16:58

Und die Goldene Threadarchäologenschaufel geht an.... :lol:

Mittlerweile bin ich auch dazu übergegangen, PurePascal-Versionen statt speziell optimierter zu nehmen. FPC 3.0 (bzw 2.7) generiert da zumindest für x86 und x64 ausreichend optimalen Code, dass sich die geopferte Lesbarkeit und Portabilität nicht lohnt.

In dem Fall würde ich ja auf konstante Branch Mispredictions tippen, oder? "Registerzugriff, Memory Access, CJump basierend auf Memory" klingt nicht grade Cachefreundlich. Die naive Implementation ist dafür sehr einfach, da ist die Loopbedingung klar und der Speicherzugriff definitiv linear.

_________________
"The phoenix's price isn't inevitable. It's not part of some deep balance built into the universe. It's just the parts of the game where you haven't figured out yet how to cheat."

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