在Java中使用“ sincos”

一尘不染

在Java中使用“ sincos”

java

在很多情况下，我不仅需要正弦，而且需要相同参数的余弦。

对于C，sincos通用unix m数学库中有该函数。实际上，至少在i386上，这应该是一条汇编指令fsincos。

sincos，sincosf，sincosl-同时计算sin和cos

我猜这些好处存在是因为在计算正弦和余弦时存在明显的重叠：sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1。但是AFAIK尝试将其快捷方式化为并没有用cos = Math.sqrt(1 - sin*sin)，因为该sqrt功能的费用与此相似。

有什么方法可以在Java中获得相同的好处吗？我想我要为此付出代价double[]。由于增加了垃圾回收，这可能使所有工作变得毫无意义。

还是Hotspot编译器足够聪明，足以识别出我需要两者，并将其编译成sincos命令？我可以测试它是否可以识别它，并且可以例如通过确保Math.sin和Math.cos命令在我的代码中直接连续来帮助它识别它？从Java语言的角度来看，这实际上是最有意义的：让编译器对其进行优化以使用fsincos程序集调用。

从一些汇编器文档中收集：

Variations    8087         287        387      486     Pentium
fsin           -            -       122-771  257-354   16-126  NP
fsincos        -            -       194-809  292-365   17-137  NP
 Additional cycles required if operand > pi/4 (~3.141/4 = ~.785)
sqrt        180-186      180-186    122-129   83-87    70      NP

fsincos应该需要一个额外的弹出声，但是应该在1个时钟周期内出现。假设CPU也没有对此进行优化，sincos则其速度应该几乎是调用sin两次的速度的两倍（第二次计算余弦；因此我认为它需要做一个加法运算）。sqrt在某些情况下可能会更快，但正弦可能会更快。

更新
：我已经在C语言中做了一些实验，但是还没有定论。有趣的是，sincos似乎甚至略高于是sin（无cos），以及GCC编译器将使用fsincos，当你同时计算sin和cos-所以它做什么，我想热点做（或做热点，太？）。fsincos除了不使用之外，我还无法阻止编译器使我胜过我cos。然后它会回落到一个C
sin，没有fsin。

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2020-12-03

共1个答案

一尘不染

我用卡尺进行了一些微基准测试。在（预先计算的）随机数数组（-4 * pi .... 4 * pi）上进行10000000次迭代。我尽了最大的努力来获得最快的JNI解决方案-
很难预测您是否会真正得到fsincos仿真sincos。报告的数字是10项卡尺试验中最好的一项（依次包括3到10次试验，报告了平均值）。大约每个内循环运行30-100次。

我已经对几种变体进行了基准测试：

Math.sin 仅（参考）
Math.cos 仅（参考）
Math.sin + Math.cos
sincos 通过JNI
Math.sin+通过Math.sqrt( (1+sin) * (1-sin) )+符号重建cos
Math.cos+通过Math.sqrt( (1+cos) * (1-cos) )+符号重建实现犯罪

(1+sin)*(1-sin)=1-sin*sin从数学上讲，但是如果sin接近1，它应该更精确吗？运行时差异最小，您节省了一个附加项。

通过进行符号重建x %= TWOPI; if (x<0) x+=TWOPI;，然后检查象限。如果您有一个想法，如何用更少的CPU来执行此操作，我将很高兴听到。

sqrt至少对于常见角度而言，数值通孔似乎还可以。从粗略的实验来看，范围为1e-10。

Sin         1,30 ==============
Cos         1,29 ==============
Sin, Cos    2,52 ============================
JNI sincos  1,77 ===================
SinSqrt     1,49 ================
CosSqrt     1,51 ================

在sqrt(1-s*s)主场迎战sqrt((1+s)*(1-s))使得约0.01差别。如您所见，sqrt基于方法的方法胜过其他方法（因为我们目前无法sincos在纯Java中访问）。JNI
sincos优于计算sin和cos，但是该sqrt方法仍然更快。cos本身似乎始终比sick（0,01）更好sin，但是用于区分符号的大小写区分需要额外的>测试。我不认为我的研究结果支持，要么sin+sqrt或cos+sqrt明显preferrable，但他们节省约的40％的时间相比，sin然后cos。

如果我们将Java扩展为具有 固有的优化sincos
，那么可能会更好。恕我直言，这是一个常见的用例，例如在图形中。当在AWT，蜡染等中使用时，许多应用程序都可以从中受益。

如果再次运行它，我还将添加JNI sin和一个noop以估计JNI的成本。也许还可以sqrt通过JNI
对这个技巧进行基准测试。只是为了确保我们确实希望sincos从长远来看具有内在性。

2020-12-03