C ++パフォーマンスの課題：整数からstd :: stringへの変換

以下にリンクされているstd :: stringコードに整数のパフォーマンスを超える人はいますか？

そこに整数に変換する方法について説明し、いくつかの質問に既にあるstd::stringようなC ++で、この1は、しかし、提供するソリューションのどれも効率的ではありません。

これは、いくつかの一般的なメソッドと競合するためのコンパイル可能なコードです。

• stringstreamを使用した「C ++の方法」：http : //ideone.com/jh3Sa
• sprintf。SO-ersは通常、パフォーマンスを重視する場合に推奨します。http：//ideone.com/82kwR

一般的な考えに反しboost::lexical_castて、独自の実装（ホワイトペーパー）がありstringstream、数値挿入演算子を使用しません。この他の質問は悲惨であると示唆しているので、私は本当にそのパフォーマンスを比較してみたいと思います。

そして、デスクトップコンピューターで競争力のある私自身の貢献は、整数モジュロに依存するアルゴリズムとは異なり、組み込みシステムでもフルスピードで実行されるアプローチを示しています。

• ベンのアルゴリズム：http : //ideone.com/SsEUW

そのコードを使用したい場合は、簡略化されたBSDライセンスの下で使用できるようにします（商用利用が許可され、帰属が必要です）。聞いてください。

最後に、この関数ltoaは非標準ですが広く利用できます。

• ltoaバージョン、それを提供するコンパイラを持っている人（ideoneは提供していません）：http ://ideone.com/T5Wim

パフォーマンス測定値を回答としてすぐに投稿します。

アルゴリズムのルール

• 少なくとも32ビットの符号付きおよび符号なし整数を10進数に変換するためのコードを提供します。
• 出力をとして生成しstd::stringます。
• スレッド化およびシグナルと互換性のないトリック（たとえば、静的バッファー）はありません。
• ASCII文字セットを想定できます。
• INT_MIN絶対値を表現できない2の補数マシンでコードをテストしてください。
• 理想的には、出力はstringstream、http://ideone.com/jh3Saを使用した正規のC ++バージョンと文字ごとに同一である必要がありますが、正しい数値でも問題ないため、明確に理解できるものであれば何でもかまいません。
• NEW：比較に必要なすべてのコンパイラーオプションとオプティマイザーオプション（完全に無効化されている場合を除く）を使用できますが、コードは少なくともVC ++ 2010およびg ++でもコンパイルして正しい結果を与える必要があります。

期待される議論

より優れたアルゴリズムに加えて、いくつかの異なるプラットフォームとコンパイラでいくつかのベンチマークを取得したいと思います（標準の測定単位としてMB /秒のスループットを使用しましょう）。私のアルゴリズムのコード（sprintfベンチマークはいくつかのショートカットを使用していることを知っています-現在は修正されています）は、少なくともASCIIの仮定の下で、標準によって明確に定義された動作ですが、出力に対して未定義の動作または入力がある場合無効です。指摘してください。

結論：

おそらくそれぞれの実装が異なるため、g ++とVC2010では異なるアルゴリズムが実行さstd::stringれます。VC2010は明らかにNRVOでより良い仕事をしており、戻り値を取り除くことはgccでのみ助けられました。

sprintf桁違いに優れたコードが見つかりました。 ostringstream50倍以上遅れます。

チャレンジの勝者は、gccで自分の速度の350％を実行するコードを生成するuser434507です。SOコミュニティの気まぐれのため​​、以降のエントリはクローズされます。

現在の（最終？）スピードチャンピオンは次のとおりです。

• gccの場合：user434507、8倍高速sprintf：http ://ideone.com/0uhhX
• Visual C ++の場合：Timo、15倍高速sprintf：http : //ideone.com/VpKO3

#include <string>

const char digit_pairs[201] = {
  "00010203040506070809"
  "10111213141516171819"
  "20212223242526272829"
  "30313233343536373839"
  "40414243444546474849"
  "50515253545556575859"
  "60616263646566676869"
  "70717273747576777879"
  "80818283848586878889"
  "90919293949596979899"
};


std::string& itostr(int n, std::string& s)
{
    if(n==0)
    {
        s="0";
        return s;
    }

    int sign = -(n<0);
    unsigned int val = (n^sign)-sign;

    int size;
    if(val>=10000)
    {
        if(val>=10000000)
        {
            if(val>=1000000000)
                size=10;
            else if(val>=100000000)
                size=9;
            else 
                size=8;
        }
        else
        {
            if(val>=1000000)
                size=7;
            else if(val>=100000)
                size=6;
            else
                size=5;
        }
    }
    else 
    {
        if(val>=100)
        {
            if(val>=1000)
                size=4;
            else
                size=3;
        }
        else
        {
            if(val>=10)
                size=2;
            else
                size=1;
        }
    }
    size -= sign;
    s.resize(size);
    char* c = &s[0];
    if(sign)
        *c='-';

    c += size-1;
    while(val>=100)
    {
       int pos = val % 100;
       val /= 100;
       *(short*)(c-1)=*(short*)(digit_pairs+2*pos); 
       c-=2;
    }
    while(val>0)
    {
        *c--='0' + (val % 10);
        val /= 10;
    }
    return s;
}

std::string& itostr(unsigned val, std::string& s)
{
    if(val==0)
    {
        s="0";
        return s;
    }

    int size;
    if(val>=10000)
    {
        if(val>=10000000)
        {
            if(val>=1000000000)
                size=10;
            else if(val>=100000000)
                size=9;
            else 
                size=8;
        }
        else
        {
            if(val>=1000000)
                size=7;
            else if(val>=100000)
                size=6;
            else
                size=5;
        }
    }
    else 
    {
        if(val>=100)
        {
            if(val>=1000)
                size=4;
            else
                size=3;
        }
        else
        {
            if(val>=10)
                size=2;
            else
                size=1;
        }
    }

    s.resize(size);
    char* c = &s[size-1];
    while(val>=100)
    {
       int pos = val % 100;
       val /= 100;
       *(short*)(c-1)=*(short*)(digit_pairs+2*pos); 
       c-=2;
    }
    while(val>0)
    {
        *c--='0' + (val % 10);
        val /= 10;
    }
    return s;
}

これは、アラインされていないメモリアクセスを許可しないシステムでは爆発します（その場合、最初のアラインされていない割り当て*(short*)はsegfaultを引き起こします）が、それ以外は非常にうまく機能するはずです。

すべき重要なことの1つは、の使用を最小限に抑えることですstd::string。（アイロニック、知っています。）たとえば、Visual Studioでは、コンパイラオプションで/ Ob2を指定しても、std :: stringのメソッドへのほとんどの呼び出しはインライン化されません。したがってstd::string::clear()、非常に高速であると予想されるへの呼び出しと同じくらい些細なことでも、CRTを静的ライブラリとしてリンクする場合は100クロックティック、DLLとしてリンクする場合は300クロックティックかかる場合があります。

同じ理由で、参照、戻り値の方が、割り当て、コンストラクター、およびデストラクターを回避できるため、より優れています。

ああ、ちなみにすごいチャレンジです...これはとても楽しかったです。

送信するアルゴリズムは2つあります（スキップしたい場合は、コードが一番下にあります）。私の比較では、関数が文字列を返し、intおよびunsigned intを処理できる必要があります。文字列を構成しないものと、構成しないものを比較しても、あまり意味がありません。

最初のものは、事前に計算されたルックアップテーブルや明示的な除算/剰余を使用しない楽しい実装です。これは、gccを使用し、msvcでTimo以外のすべてのものと競合します（以下で説明する正当な理由があります）。2番目のアルゴリズムは、最高のパフォーマンスを得るための私の実際の提出物です。私のテストでは、gccとmsvcの両方で他のすべてを打ち負かしています。

MSVCの結果の一部が非常に優れている理由を知っていると思います。std :: stringには2つの関連するコンストラクターがstd::string(char* str, size_t n)
あり、
std::string(ForwardIterator b, ForwardIterator e)
gccはそれらの両方に対して同じことをします...つまり、2番目を使用して最初のコンストラクター を実装します。最初のコンストラクターはそれよりもはるかに効率的に実装でき、MSVCはそうします。これの副次的な利点は、場合によっては（私の高速コードやTimoのコードのように）文字列コンストラクターをインライン化できることです。実際、MSVCでこれらのコンストラクターを切り替えるだけで、私のコードではほぼ2倍の違いがあります。

私のパフォーマンステストの結果：

コードソース：

- フォークト
- ティモ
- ergosys
- user434507
- ユーザー-フォークト-ティモ
- ホップマン-楽しい
- ホップマン-速いです

Ubuntu 10.10 64ビット、Core i5上のgcc 4.4.5 -O2

hopman_fun：124.688 MB /秒--- 8.020秒
hopman_fast：137.552 MB /秒--- 7.270秒
voigt：120.192 MB /秒--- 8.320秒
user_voigt_timo：97.9432 MB /秒--- 10.210秒
ティモ：120.482 MB /秒--- 8.300秒
ユーザー：97.7517 MB /秒--- 10.230秒
ergosys：101.42 MB /秒--- 9.860秒

MSVC 2010 64ビット/ Ox on Windows 7 64ビット、Core i5

hopman_fun：127 MB /秒--- 7.874秒
hopman_fast：259 MB /秒--- 3.861秒
voigt：221.435 MB /秒--- 4.516秒
user_voigt_timo：195.695 MB /秒--- 5.110秒
ティモ：253.165 MB /秒--- 3.950秒
ユーザー：212.63 MB /秒--- 4.703秒
ergosys：78.0518 MB /秒--- 12.812秒

ideone
http://ideone.com/XZRqpの いくつかの結果とテスト/タイミングフレームワークを次に示します
。ideoneは32ビット環境であることに注意してください。私のアルゴリズムはどちらもそれの影響を受けますが、hopman_fastは少なくともまだ競争力があります。

文字列を作成しないために、次の関数テンプレートを追加したことに注意してください。

template <typename T>
std::string itostr(T t) {
    std::string ret;
    itostr(t, ret);
    return ret;
}

今私のコードのために...まず楽しいもの：

    // hopman_fun

template <typename T> 
T reduce2(T v) {
    T k = ((v * 410) >> 12) & 0x000F000F000F000Full;
    return (((v - k * 10) << 8) + k);
}

template <typename T>
T reduce4(T v) {
    T k = ((v * 10486) >> 20) & 0xFF000000FFull;
    return reduce2(((v - k * 100) << 16) + (k));
}

typedef unsigned long long ull;
inline ull reduce8(ull v) {
    ull k = ((v * 3518437209u) >> 45);
    return reduce4(((v - k * 10000) << 32) + (k));
}

template <typename T>
std::string itostr(T o) {
    union {
        char str[16];
        unsigned short u2[8];
        unsigned u4[4];
        unsigned long long u8[2];
    };

    unsigned v = o < 0 ? ~o + 1 : o;

    u8[0] = (ull(v) * 3518437209u) >> 45;
    u8[0] = (u8[0] * 28147497672ull);
    u8[1] = v - u2[3] * 100000000;

    u8[1] = reduce8(u8[1]);
    char* f;
    if (u2[3]) {
        u2[3] = reduce2(u2[3]);
        f = str + 6;
    } else {
        unsigned short* k = u4[2] ? u2 + 4 : u2 + 6;
        f = *k ? (char*)k : (char*)(k + 1);
    }
    if (!*f) f++;

    u4[1] |= 0x30303030;
    u4[2] |= 0x30303030;
    u4[3] |= 0x30303030;
    if (o < 0) *--f = '-';
    return std::string(f, (str + 16) - f);
}

そして速いもの：

    // hopman_fast

struct itostr_helper {
    static unsigned out[10000];

    itostr_helper() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            unsigned v = i;
            char * o = (char*)(out + i);
            o[3] = v % 10 + '0';
            o[2] = (v % 100) / 10 + '0';
            o[1] = (v % 1000) / 100 + '0';
            o[0] = (v % 10000) / 1000;
            if (o[0]) o[0] |= 0x30;
            else if (o[1] != '0') o[0] |= 0x20;
            else if (o[2] != '0') o[0] |= 0x10;
            else o[0] |= 0x00;
        }
    }
};
unsigned itostr_helper::out[10000];

itostr_helper hlp_init;

template <typename T>
std::string itostr(T o) {
    typedef itostr_helper hlp;

    unsigned blocks[3], *b = blocks + 2;
    blocks[0] = o < 0 ? ~o + 1 : o;
    blocks[2] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
    blocks[2] = hlp::out[blocks[2]];

    if (blocks[0]) {
        blocks[1] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
        blocks[1] = hlp::out[blocks[1]];
        blocks[2] |= 0x30303030;
        b--;
    }

    if (blocks[0]) {
        blocks[0] = hlp::out[blocks[0] % 10000];
        blocks[1] |= 0x30303030;
        b--;
    }

    char* f = ((char*)b);
    f += 3 - (*f >> 4);

    char* str = (char*)blocks;
    if (o < 0) *--f = '-';
    return std::string(f, (str + 12) - f);
}

質問で提供されたコードのベンチマークデータ：

ideone（gcc 4.3.4）の場合：

• 文字列ストリーム：4.4 MB / s
• sprintf：25.0 MB /秒
• mine（Ben Voigt）：55.8 MB /秒
• ティモ：58.5 MB /秒
• user434507：199 MB /秒
• user434507のBen-Timo-507ハイブリッド：263 MB / s

Core i7、Windows 7 64ビット、8 GB RAM、Visual C ++ 2010 32ビット：

cl /Ox /EHsc

• 文字列ストリーム：3.39 MB /秒、3.67 MB /秒
• sprintf：16.8 MB /秒、16.2 MB /秒
• 鉱山：194 MB /秒、207 MB /秒（PGOが有効な場合：250 MB /秒）

Core i7、Windows 7 64ビット、8 GB RAM、Visual C ++ 2010 64ビット：

cl /Ox /EHsc

• 文字列ストリーム：4.42 MB /秒、4.92 MB /秒
• sprintf：21.0 MB /秒、20.8 MB /秒
• 鉱山：238 MB /秒、228 MB /秒

Core i7、Windows 7 64ビット、8 GB RAM、cygwin gcc 4.3.4：

g++ -O3

• 文字列ストリーム：2.19 MB /秒、2.17 MB /秒
• sprintf：13.1 MB /秒、13.4 MB /秒
• 鉱山：30.0 MB /秒、30.2 MB /秒

編集：自分の回答を追加するつもりでしたが、質問は閉じられたので、ここに追加します。:)私はMSVC 2010でのみテストしましたが、独自のアルゴリズムを作成し、Benのコードをかなり改善しました。これまでに提示されたすべての実装のベンチマークを作成し、Benのオリジナルと同じテスト設定を使用しましたコード。-ティモ

Intel Q9450、Win XP 32ビット、MSVC 2010

cl /O2 /EHsc

• stringstream：2.87 MB / s
• sprintf：16.1 MB /秒
• ベン：202 MB /秒
• ベン（符号なしバッファ）：82.0 MB / s
• ergosys（更新バージョン）：64.2 MB / s
• user434507：172 MB /秒
• ティモ：241 MB /秒

-

const char digit_pairs[201] = {
  "00010203040506070809"
  "10111213141516171819"
  "20212223242526272829"
  "30313233343536373839"
  "40414243444546474849"
  "50515253545556575859"
  "60616263646566676869"
  "70717273747576777879"
  "80818283848586878889"
  "90919293949596979899"
};

static const int BUFFER_SIZE = 11;

std::string itostr(int val)
{
  char buf[BUFFER_SIZE];
  char *it = &buf[BUFFER_SIZE-2];

  if(val>=0) {
    int div = val/100;
    while(div) {
      memcpy(it,&digit_pairs[2*(val-div*100)],2);
      val = div;
      it-=2;
      div = val/100;
    }
    memcpy(it,&digit_pairs[2*val],2);
    if(val<10)
      it++;
  } else {
    int div = val/100;
    while(div) {
      memcpy(it,&digit_pairs[-2*(val-div*100)],2);
      val = div;
      it-=2;
      div = val/100;
    }
    memcpy(it,&digit_pairs[-2*val],2);
    if(val<=-10)
      it--;
    *it = '-';
  }

  return std::string(it,&buf[BUFFER_SIZE]-it);
}

std::string itostr(unsigned int val)
{
  char buf[BUFFER_SIZE];
  char *it = (char*)&buf[BUFFER_SIZE-2];

  int div = val/100;
  while(div) {
    memcpy(it,&digit_pairs[2*(val-div*100)],2);
    val = div;
    it-=2;
    div = val/100;
  }
  memcpy(it,&digit_pairs[2*val],2);
  if(val<10)
    it++;

  return std::string((char*)it,(char*)&buf[BUFFER_SIZE]-(char*)it);
}

アルゴリズムについてここで得た情報はかなり良いですが、質問は「壊れている」と思います。なぜこれが私がそう思うのかを説明します。

質問はint-> std::string変換のパフォーマンスをとるように求めています。これは、さまざまな文字列ストリームの実装やboost :: lexical_castなどの一般的に利用可能なメソッドを比較するときに興味深い場合があります。ただし、特別なアルゴリズムである新しいコードを要求してこれを行うことは意味がありません。その理由は、int2stringには常にstd :: stringからのヒープ割り当てが含まれるため、変換アルゴリズムの最後の部分を絞り込もうとする場合、これらの測定値をstdによって行われたヒープ割り当てと混同することは意味がないと思います。 ：ストリング。パフォーマンスの高い変換が必要な場合は、常に固定サイズのバッファーを使用し、ヒープには何も割り当てません。

要約すると、タイミングを分割する必要があると思います。

• まず、最速（int->固定バッファー）変換。
• 次に、（固定バッファ-> std :: string）コピーのタイミング。
• 3番目に、コピーを保存するために、std :: string割り当てをバッファーとして直接使用する方法を確認します。

これらの側面は、IMHOの1つのタイミングで混同しないでください。

VSではテストできませんが、これはg ++のコードよりも高速で、約10％です。おそらく調整することができ、選択された決定値は推測です。intのみ、申し訳ありません。

typedef unsigned buf_t; 

static buf_t * reduce(unsigned val, buf_t * stp) {
   unsigned above = val / 10000; 
   if (above != 0) {
      stp = reduce(above, stp); 
      val -= above * 10000; 
   }

   buf_t digit  = val / 1000; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 1000; 

   digit  = val / 100; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 100; 

   digit  = val / 10; 
   *stp++ = digit + '0'; 
   val -= digit * 10; 
   *stp++ = val + '0'; 
   return stp; 
}

std::string itostr(int input) {

   buf_t buf[16]; 


   if(input == INT_MIN) {  
      char buf2[16]; 
      std::sprintf(buf2, "%d", input); 
      return std::string(buf2); 
   }

   // handle negative
   unsigned val = input;
   if(input < 0) 
      val = -input;

   buf[0] = '0'; 
   buf_t* endp = reduce(val, buf+1); 
   *endp = 127; 

   buf_t * stp = buf+1; 
   while (*stp == '0') 
      stp++;
   if (stp == endp)
      stp--; 

   if (input < 0) { 
      stp--; 
      *stp = '-'; 
   }
   return std::string(stp, endp); 
}

user2985907の回答を更新... modp_ufast ...

Integer To String Test (Type 1)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   657777786      Time:  1.1633sec        Rate:206308473.0686nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time: 24.3629sec        Rate:  9851045.8556nums/sec
[karma]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  5.2389sec        Rate: 45810870.7171nums/sec
[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  3.3126sec        Rate: 72450283.7492nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  3.0828sec        Rate: 77852152.8820nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  4.7349sec        Rate: 50687912.9889nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  5.1689sec        Rate: 46431985.1142nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   657777786      Time:  4.6169sec        Rate: 51982554.6497nums/sec
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Integer To String Test(Type 2)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   660000000      Time:  0.5072sec        Rate:473162716.4618nums/sec
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[karma]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  4.2471sec        Rate: 56509024.3035nums/sec
[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.1683sec        Rate:110683636.7123nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.7133sec        Rate: 88454602.1423nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.8030sec        Rate: 85623453.3872nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  3.4019sec        Rate: 70549286.7776nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time:  2.7849sec        Rate: 86178023.8743nums/sec
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Integer To String Test (type 3)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   505625000      Time:  1.6482sec        Rate:145610315.7819nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time: 20.7064sec        Rate: 11590618.6109nums/sec
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[strtk]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  2.9297sec        Rate: 81919227.9275nums/sec
[so   ]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  3.0278sec        Rate: 79266003.8158nums/sec
[timo ]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.0631sec        Rate: 59068204.3266nums/sec
[voigt]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.5616sec        Rate: 52613393.0285nums/sec
[hopman]  Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.1248sec        Rate: 58184194.4569nums/sec
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int ufast_utoa10(unsigned int value, char* str)
{
#define JOIN(N) N "0", N "1", N "2", N "3", N "4", N "5", N "6", N "7", N "8", N "9"
#define JOIN2(N) JOIN(N "0"), JOIN(N "1"), JOIN(N "2"), JOIN(N "3"), JOIN(N "4"), \
                 JOIN(N "5"), JOIN(N "6"), JOIN(N "7"), JOIN(N "8"), JOIN(N "9")
#define JOIN3(N) JOIN2(N "0"), JOIN2(N "1"), JOIN2(N "2"), JOIN2(N "3"), JOIN2(N "4"), \
                 JOIN2(N "5"), JOIN2(N "6"), JOIN2(N "7"), JOIN2(N "8"), JOIN2(N "9")
#define JOIN4    JOIN3("0"), JOIN3("1"), JOIN3("2"), JOIN3("3"), JOIN3("4"), \
                 JOIN3("5"), JOIN3("6"), JOIN3("7"), JOIN3("8"), JOIN3("9")
#define JOIN5(N) JOIN(N), JOIN(N "1"), JOIN(N "2"), JOIN(N "3"), JOIN(N "4"), \
                 JOIN(N "5"), JOIN(N "6"), JOIN(N "7"), JOIN(N "8"), JOIN(N "9")
#define JOIN6    JOIN5(), JOIN5("1"), JOIN5("2"), JOIN5("3"), JOIN5("4"), \
                 JOIN5("5"), JOIN5("6"), JOIN5("7"), JOIN5("8"), JOIN5("9")
#define F(N)     ((N) >= 100 ? 3 : (N) >= 10 ? 2 : 1)
#define F10(N)   F(N),F(N+1),F(N+2),F(N+3),F(N+4),F(N+5),F(N+6),F(N+7),F(N+8),F(N+9)
#define F100(N)  F10(N),F10(N+10),F10(N+20),F10(N+30),F10(N+40),\
                 F10(N+50),F10(N+60),F10(N+70),F10(N+80),F10(N+90)
  static const short offsets[] = { F100(0), F100(100), F100(200), F100(300), F100(400),
                                  F100(500), F100(600), F100(700), F100(800), F100(900)};
  static const char table1[][4] = { JOIN("") }; 
  static const char table2[][4] = { JOIN2("") }; 
  static const char table3[][4] = { JOIN3("") };
  static const char table4[][5] = { JOIN4 }; 
  static const char table5[][4] = { JOIN6 };
#undef JOIN
#undef JOIN2
#undef JOIN3
#undef JOIN4
  char *wstr;
  int remains[2];
  unsigned int v2;
  if (value >= 100000000) {
    v2 = value / 10000;
    remains[0] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    v2 = value / 10000;
    remains[1] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    wstr = str;
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[value];
      wstr += 4;
    } else {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table5[value];
      wstr += offsets[value];
    }
    *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[1]];
    wstr += 4;
    *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
    wstr += 4;
    *wstr = 0;
    return (wstr - str);
  }
  else if (value >= 10000) {
    v2 = value / 10000;
    remains[0] = value - v2 * 10000;
    value = v2;
    wstr = str;
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[value];
      wstr += 4;
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
      wstr += 4;
      *wstr = 0;
      return 8;
    } else {
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table5[value];
      wstr += offsets[value];
      *(__int32 *) wstr = *(__int32 *) table4[remains[0]];
      wstr += 4;
      *wstr = 0;
      return (wstr - str);
    }
  }
  else {
    if (value >= 1000) {
      *(__int32 *) str = *(__int32 *) table4[value];
      str += 4;
      *str = 0;
      return 4;
    } else if (value >= 100) {
      *(__int32 *) str = *(__int32 *) table3[value];
      return 3;
    } else if (value >= 10) {
      *(__int16 *) str = *(__int16 *) table2[value];
      str += 2;
      *str = 0;
      return 2;
    } else {
      *(__int16 *) str = *(__int16 *) table1[value];
      return 1;
    }
  }
}

int ufast_itoa10(int value, char* str) {
  if (value < 0) { *(str++) = '-'; 
    return ufast_utoa10(-value, str) + 1; 
  }
  else return ufast_utoa10(value, str);
}


    void ufast_test() {

   print_mode("[modp_ufast]");

   std::string s;
   s.reserve(32);
   std::size_t total_length = 0;
   strtk::util::timer t;
   t.start();

   char buf[128];
   int len;
   for (int i = (-max_i2s / 2); i < (max_i2s / 2); ++i)
   {
      #ifdef enable_test_type01
      s.resize(ufast_itoa10(((i & 1) ? i : -i), const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif

      #ifdef enable_test_type02
      s.resize(ufast_itoa10(max_i2s + i, const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif

      #ifdef enable_test_type03
      s.resize(ufast_itoa10(randval[(max_i2s + i) & 1023], const_cast<char*>(s.c_str())));
      total_length += s.size();
      #endif
   }
   t.stop();
   printf("Numbers:%10lu\tTotal:%12lu\tTime:%8.4fsec\tRate:%14.4fnums/sec\n",
          static_cast<unsigned long>(3 * max_i2s),
          static_cast<unsigned long>(total_length),
          t.time(),
          (3.0 * max_i2s) / t.time());
}

これがこの楽しいパズルの私の小さな試みです。

ルックアップテーブルを使用する代わりに、コンパイラーにすべてを理解させたいと思いました。特にこの場合-Hackers 'Delightを読むと、除算とモジュロがどのように機能するかがわかります。これにより、SSE / AVX命令を使用して最適化することが非常に可能になります。

パフォーマンスベンチマーク

速度については、ここでの私のベンチマークは、Timoの作業よりも1.5倍速いことを示しています（私のIntel Haswellでは、約1 GB /秒で実行されます）。

チートと見なすことができるもの

私が使用している標準文字列ではないチートについては、もちろん、Timoの方法のベンチマークでも考慮に入れました。

私は組み込みを使用します：BSR。必要に応じて、代わりにDeBruijnテーブルを使用することもできます。これは、私の「最速の2ログ」投稿でかなり詳しく書いたものの1つです。もちろん、これにはパフォーマンスのペナルティがあります（*まあ...多くのitoa操作を実行している場合、実際にはより高速なBSRを作成できますが、それは不公平だと思います...）。

それが機能する方法

まず最初に、必要なメモリ量を把握します。これは基本的に10logであり、多くのスマートな方法で実装できます。頻繁に引用される「Bit Twiddling Hacks」を参照してください」を参照してください。

次に行うことは、数値出力を実行することです。私はこれにテンプレート再帰を使用しているので、コンパイラーはそれを理解します。

私は「modulo」と「div」を隣り合って使用しています。Hacker's Delightを読むと、2つが密接に関連していることがわかります。したがって、1つの答えがあれば、おそらくもう1つの答えもあるでしょう。私はコンパイラが詳細を理解できると考えました... :-)

コード

（変更された）log10を使用して桁数を取得する：

struct logarithm
{
    static inline int log2(unsigned int value)
    {
        unsigned long index;
        if (!_BitScanReverse(&index, value))
        {
            return 0;
        }

        // add 1 if x is NOT a power of 2 (to do the ceil)
        return index + (value&(value - 1) ? 1 : 0);
    }

    static inline int numberDigits(unsigned int v)
    {
        static unsigned int const PowersOf10[] =
        { 0, 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000, 10000000, 100000000, 1000000000 };

        int t = (logarithm::log2(v) + 1) * 1233 >> 12; // (use a lg2 method from above)
        return 1 + t - (v < PowersOf10[t]);
    }
};

文字列を取得する：

template <int count>
struct WriteHelper
{
    inline static void WriteChar(char* buf, unsigned int value)
    {
        unsigned int div = value / 10;
        unsigned int rem = value % 10;
        buf[count - 1] = rem + '0';

        WriteHelper<count - 1>::WriteChar(buf, div);
    }
};

template <>
struct WriteHelper<1>
{
    inline static void WriteChar(char* buf, unsigned int value) 
    {
        buf[0] = '0' + value;
    }
};

// Boring code that converts a length into a switch.
// TODO: Test if recursion with an 'if' is faster.
static inline void WriteNumber(char* data, int len, unsigned int val) 
{
    switch (len) {
    case 1:
        WriteHelper<1>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 2:
        WriteHelper<2>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 3:
        WriteHelper<3>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 4:
        WriteHelper<4>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 5:
        WriteHelper<5>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 6:
        WriteHelper<6>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 7:
        WriteHelper<7>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 8:
        WriteHelper<8>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 9:
        WriteHelper<9>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    case 10:
        WriteHelper<10>::WriteChar(data, static_cast<unsigned int>(val));
        break;
    }
}

// The main method you want to call...
static int Write(char* data, int val) 
{
    int len;
    if (val >= 0) 
    {
        len = logarithm::numberDigits(val);
        WriteNumber(data, len, unsigned int(val));
        return len;
    }
    else 
    {
        unsigned int v(-val);
        len = logarithm::numberDigits(v);
        WriteNumber(data+1, len, v);
        data[0] = '-';
        return len + 1;
    }
}

しばらく座っていて、ようやく投稿に取り掛かりました。

一度にダブルワードと比較していくつかのメソッドhopman_fast。結果は、GCCの短い文字列に最適化されたstd :: stringに対するものです。そうしないと、コピーオンライト文字列管理コードのオーバーヘッドによってパフォーマンスの違いがわかりにくくなります。スループットは、このトピックの他の部分と同じ方法で測定されます。サイクルカウントは、出力バッファーを文字列にコピーする前のコードの生のシリアル化部分のものです。

HOPMAN_FAST - performance reference  
TM_CPP, TM_VEC - scalar and vector versions of Terje Mathisen algorithm  
WM_VEC - intrinsics implementation of Wojciech Mula's vector algorithm  
AK_BW - word-at-a-time routine with a jump table that fills a buffer in reverse  
AK_FW - forward-stepping word-at-a-time routine with a jump table in assembly  
AK_UNROLLED - generic word-at-a-time routine that uses an unrolled loop  

コンパイル時の切り替え：

-DVSTRING-古いGCC設定でSSO文字列を 有効にします-DBSR1-
高速
log10を有効にします-DRDTSC-サイクルカウンターを有効にします

#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <climits>
#include <sstream>
#include <algorithm>
#include <cstring>
#include <limits>
#include <ctime>
#include <stdint.h>
#include <x86intrin.h>

/* Uncomment to run */
// #define HOPMAN_FAST
// #define TM_CPP
// #define TM_VEC
// #define WM_VEC
// #define AK_UNROLLED
// #define AK_BW
// #define AK_FW

using namespace std;
#ifdef VSTRING
#include <ext/vstring.h>
typedef __gnu_cxx::__vstring string_type;
#else
typedef string string_type;
#endif

namespace detail {

#ifdef __GNUC__
#define ALIGN(N) __attribute__ ((aligned(N)))
#define PACK __attribute__ ((packed))
  inline size_t num_digits(unsigned u) {
    struct {
      uint32_t count;
      uint32_t max;
    } static digits[32] ALIGN(64) = {
    { 1, 9 }, { 1, 9 }, { 1, 9 }, { 1, 9 },
    { 2, 99 }, { 2, 99 }, { 2, 99 },
    { 3, 999 }, { 3, 999 }, { 3, 999 },
    { 4, 9999 }, { 4, 9999 }, { 4, 9999 }, { 4, 9999 },
    { 5, 99999 }, { 5, 99999 }, { 5, 99999 },
    { 6, 999999 }, { 6, 999999 }, { 6, 999999 },
    { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 }, { 7, 9999999 },
    { 8, 99999999 }, { 8, 99999999 }, { 8, 99999999 },
    { 9, 999999999 }, { 9, 999999999 }, { 9, 999999999 },
    { 10, UINT_MAX }, { 10, UINT_MAX }
    };
#if (defined(i386) || defined(__x86_64__)) && (defined(BSR1) || defined(BSR2))
    size_t l = u;
#if defined(BSR1)
    __asm__ __volatile__ (
      "bsrl %k0, %k0    \n\t"
      "shlq $32, %q1    \n\t" 
      "movq %c2(,%0,8), %0\n\t" 
      "cmpq %0, %q1     \n\t"
      "seta %b1         \n\t"
      "addl %1, %k0     \n\t"
      : "+r" (l), "+r"(u)
      : "i"(digits)
      : "cc"
    );
    return l;
#else
    __asm__ __volatile__ ( "bsr %0, %0;"  : "+r" (l) );
    return digits[l].count + ( u > digits[l].max );
#endif
#else
    size_t l = (u != 0) ? 31 - __builtin_clz(u) : 0;
    return digits[l].count + ( u > digits[l].max );
#endif 
  }
#else 
  inline unsigned msb_u32(unsigned x) {
    static const unsigned bval[] = { 0,1,2,2,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4 };
    unsigned base = 0;
    if (x & (unsigned) 0xFFFF0000) { base += 32/2; x >>= 32/2; }
    if (x & (unsigned) 0x0000FF00) { base += 32/4; x >>= 32/4; }
    if (x & (unsigned) 0x000000F0) { base += 32/8; x >>= 32/8; }
    return base + bval[x];
  }

  inline size_t num_digits(unsigned x) {
    static const unsigned powertable[] = {
  0,10,100,1000,10000,100000,1000000,10000000,100000000, 1000000000 };
    size_t lg_ten = msb_u32(x) * 1233 >> 12;
    size_t adjust = (x >= powertable[lg_ten]);
    return lg_ten + adjust;
  }
#endif /* __GNUC__ */

  struct CharBuffer {
    class reverse_iterator : public iterator<random_access_iterator_tag, char> {
        char* m_p;
      public:
        reverse_iterator(char* p) : m_p(p - 1) {}
        reverse_iterator operator++() { return --m_p; }
        reverse_iterator operator++(int) { return m_p--; }
        char operator*() const { return *m_p; }
        bool operator==( reverse_iterator it) const { return m_p == it.m_p; }
        bool operator!=( reverse_iterator it) const { return m_p != it.m_p; }
        difference_type operator-( reverse_iterator it) const { return it.m_p - m_p; }
    };
  };

  union PairTable {
    char c[2];
    unsigned short u;
  } PACK table[100] ALIGN(1024) = {
    {{'0','0'}},{{'0','1'}},{{'0','2'}},{{'0','3'}},{{'0','4'}},{{'0','5'}},{{'0','6'}},{{'0','7'}},{{'0','8'}},{{'0','9'}},
    {{'1','0'}},{{'1','1'}},{{'1','2'}},{{'1','3'}},{{'1','4'}},{{'1','5'}},{{'1','6'}},{{'1','7'}},{{'1','8'}},{{'1','9'}},
    {{'2','0'}},{{'2','1'}},{{'2','2'}},{{'2','3'}},{{'2','4'}},{{'2','5'}},{{'2','6'}},{{'2','7'}},{{'2','8'}},{{'2','9'}},
    {{'3','0'}},{{'3','1'}},{{'3','2'}},{{'3','3'}},{{'3','4'}},{{'3','5'}},{{'3','6'}},{{'3','7'}},{{'3','8'}},{{'3','9'}},
    {{'4','0'}},{{'4','1'}},{{'4','2'}},{{'4','3'}},{{'4','4'}},{{'4','5'}},{{'4','6'}},{{'4','7'}},{{'4','8'}},{{'4','9'}},
    {{'5','0'}},{{'5','1'}},{{'5','2'}},{{'5','3'}},{{'5','4'}},{{'5','5'}},{{'5','6'}},{{'5','7'}},{{'5','8'}},{{'5','9'}},
    {{'6','0'}},{{'6','1'}},{{'6','2'}},{{'6','3'}},{{'6','4'}},{{'6','5'}},{{'6','6'}},{{'6','7'}},{{'6','8'}},{{'6','9'}},
    {{'7','0'}},{{'7','1'}},{{'7','2'}},{{'7','3'}},{{'7','4'}},{{'7','5'}},{{'7','6'}},{{'7','7'}},{{'7','8'}},{{'7','9'}},
    {{'8','0'}},{{'8','1'}},{{'8','2'}},{{'8','3'}},{{'8','4'}},{{'8','5'}},{{'8','6'}},{{'8','7'}},{{'8','8'}},{{'8','9'}},
    {{'9','0'}},{{'9','1'}},{{'9','2'}},{{'9','3'}},{{'9','4'}},{{'9','5'}},{{'9','6'}},{{'9','7'}},{{'9','8'}},{{'9','9'}}
  };
} // namespace detail

struct progress_timer {
    clock_t c;
    progress_timer() : c(clock()) {}
    int elapsed() { return clock() - c; }
    ~progress_timer() {
        clock_t d = clock() - c;
        cout << d / CLOCKS_PER_SEC << "."
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 1000 / 100)
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 100 / 10)
            << (((d * 1000) / CLOCKS_PER_SEC) % 10)
            << " s" << endl;
    }
};

#ifdef HOPMAN_FAST
namespace hopman_fast {

    static unsigned long cpu_cycles = 0;

    struct itostr_helper {
        static ALIGN(1024) unsigned out[10000];

        itostr_helper() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                unsigned v = i;
                char * o = (char*)(out + i);
                o[3] = v % 10 + '0';
                o[2] = (v % 100) / 10 + '0';
                o[1] = (v % 1000) / 100 + '0';
                o[0] = (v % 10000) / 1000;
                if (o[0]) o[0] |= 0x30;
                else if (o[1] != '0') o[0] |= 0x20;
                else if (o[2] != '0') o[0] |= 0x10;
                else o[0] |= 0x00;
            }
        }
    };
    unsigned itostr_helper::out[10000];

    itostr_helper hlp_init;

    template <typename T>
    string_type itostr(T o) {
        typedef itostr_helper hlp;
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        unsigned blocks[3], *b = blocks + 2;
        blocks[0] = o < 0 ? ~o + 1 : o;
        blocks[2] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
        blocks[2] = hlp::out[blocks[2]];

        if (blocks[0]) {
            blocks[1] = blocks[0] % 10000; blocks[0] /= 10000;
            blocks[1] = hlp::out[blocks[1]];
            blocks[2] |= 0x30303030;
            b--;
        }

        if (blocks[0]) {
            blocks[0] = hlp::out[blocks[0] % 10000];
            blocks[1] |= 0x30303030;
            b--;
        }

        char* f = ((char*)b);
        f += 3 - (*f >> 4);

        char* str = (char*)blocks;
        if (o < 0) *--f = '-';

        str += 12;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(f, str);
    }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
}
#endif

namespace ak {
#ifdef AK_UNROLLED
  namespace unrolled {
    static unsigned long cpu_cycles = 0;

    template <typename value_type> class Proxy {
      static const size_t MaxValueSize = 16;

      static inline char* generate(int value, char* buffer) {
        union { char* pc; unsigned short* pu; } b = { buffer + MaxValueSize };
        unsigned u, v = value < 0 ? unsigned(~value) + 1 : value;
        *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        if ((v /= 100)) {
          *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
          if ((v /= 100)) {
            *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
            if ((v /= 100)) {
              *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
              if ((v /= 100)) {
                *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        } } } }
        *(b.pc -= (u >= 10)) = '-';
        return b.pc + (value >= 0);
      }
      static inline char* generate(unsigned value, char* buffer) {
        union { char* pc; unsigned short* pu; } b = { buffer + MaxValueSize };
        unsigned u, v = value;
        *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        if ((v /= 100)) {
          *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
          if ((v /= 100)) {
            *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
            if ((v /= 100)) {
              *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
              if ((v /= 100)) {
                *--b.pu = detail::table[v % 100].u; u = v;
        } } } }
        return b.pc + (u < 10);
      }
    public:
      static inline string_type convert(value_type v) {
        char buf[MaxValueSize];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char* p = generate(v, buf);
        char* e = buf + MaxValueSize;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(p, e);
      }
    };
    string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i); }
    string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(i); }
    unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
    void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#if defined(AK_BW)
  namespace bw {
    static unsigned long cpu_cycles = 0;
    typedef uint64_t u_type;

    template <typename value_type> class Proxy {

      static inline void generate(unsigned v, size_t len, char* buffer) {
        u_type u = v;
        switch(len) {
        default: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 8) = detail::table[v -= 100 * u].u; 
        case  8: v = (u * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 6) = detail::table[u -= 100 * v].u; 
        case  6: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 4) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  4: v = (u * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + 2) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  2: *(uint16_t*)buffer = detail::table[v].u;
        case  0: return;
        case  9: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 7) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  7: v = (u * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 5) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  5: u = (v * 1374389535ULL) >> 37; *(uint16_t*)(buffer + 3) = detail::table[v -= 100 * u].u;
        case  3: v = (u * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + 1) = detail::table[u -= 100 * v].u;
        case  1: *buffer = v + 0x30;
        }
      }
    public:
      static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        size_t len = detail::num_digits(val);
        buf[0] = '-';

        char* e = buf + neg;
        generate(val, len, e);
        e += len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
      }
    };
    string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
    string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
    unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
    void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#if defined(AK_FW)
  namespace fw {
        static unsigned long cpu_cycles = 0;
        typedef uint32_t u_type;
        template <typename value_type> class Proxy {

        static inline void generate(unsigned v, size_t len, char* buffer) {
#if defined(__GNUC__) && defined(__x86_64__)
          uint16_t w;
          uint32_t u;
          __asm__ __volatile__ (
        "jmp %*T%=(,%3,8)       \n\t"
        "T%=: .quad L0%=        \n\t"
        "     .quad L1%=        \n\t"
        "     .quad L2%=        \n\t"
        "     .quad L3%=        \n\t"
        "     .quad L4%=        \n\t"
        "     .quad L5%=        \n\t"
        "     .quad L6%=        \n\t"
        "     .quad L7%=        \n\t"
        "     .quad L8%=        \n\t"
        "     .quad L9%=        \n\t"
        "     .quad L10%=       \n\t"
        "L10%=:         \n\t"
        " imulq $1441151881, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $57, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100000000, %1, %1  \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, (%4)        \n\t"
        "L8%=:          \n\t"
        " imulq $1125899907, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $50, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $1000000, %1, %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -8(%4,%3)   \n\t"
        "L6%=:          \n\t"
        " imulq $429497, %q0, %q1   \n\t"
        " shrq $32, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $10000, %1, %1  \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -6(%4,%3)   \n\t"
        "L4%=:          \n\t"
        " imull $167773, %0, %1 \n\t"
        " shrl $24, %1      \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100, %1, %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -4(%4,%3)   \n\t"
        "L2%=:          \n\t"
        " movw %c5(,%q0,2), %w2 \n\t"
        " movw %w2, -2(%4,%3)   \n\t"
        "L0%=: jmp 1f       \n\t"
        "L9%=:          \n\t"
        " imulq $1801439851, %q0, %q1\n\t"
        " shrq $54, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $10000000, %1, %1   \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, (%4)        \n\t"
        "L7%=:          \n\t"
        " imulq $43980466, %q0, %q1 \n\t"
        " shrq $42, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $100000, %1, %1 \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -7(%4,%3)   \n\t"
        "L5%=:          \n\t"
        " imulq $268436, %q0, %q1   \n\t"
        " shrq $28, %q1     \n\t"
        " movw %c5(,%q1,2), %w2 \n\t"
        " imull $1000, %1, %1   \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -5(%4,%3)   \n\t"
        "L3%=:          \n\t"
        " imull $6554, %0, %1   \n\t"
        " shrl $15, %1      \n\t"
        " andb $254, %b1        \n\t"
        " movw %c5(,%q1), %w2   \n\t"
        " leal (%1,%1,4), %1    \n\t"
        " subl %1, %0       \n\t"
        " movw %w2, -3(%4,%3)   \n\t"
        "L1%=:          \n\t"
        " addl $48, %0      \n\t"
        " movb %b0, -1(%4,%3)   \n\t"
        "1:             \n\t"
        : "+r"(v), "=&q"(u), "=&r"(w)
        : "r"(len), "r"(buffer), "i"(detail::table)
        : "memory", "cc"
          ); 
#else
          u_type u;
          switch(len) {
        default: u = (v * 1441151881ULL) >> 57; *(uint16_t*)(buffer) = detail::table[u].u; v -= u * 100000000;
        case  8: u = (v * 1125899907ULL) >> 50; *(uint16_t*)(buffer + len - 8) = detail::table[u].u; v -= u * 1000000;
        case  6: u = (v * 429497ULL) >> 32; *(uint16_t*)(buffer + len - 6) = detail::table[u].u; v -= u * 10000;
        case  4: u = (v * 167773) >> 24; *(uint16_t*)(buffer + len - 4) = detail::table[u].u; v -= u * 100;
        case  2: *(uint16_t*)(buffer + len - 2) = detail::table[v].u;
        case  0: return;
        case  9: u = (v * 1801439851ULL) >> 54; *(uint16_t*)(buffer) = detail::table[u].u; v -= u * 10000000; 
        case  7: u = (v * 43980466ULL) >> 42; *(uint16_t*)(buffer + len - 7) = detail::table[u].u; v -= u * 100000; 
        case  5: u = (v * 268436ULL) >> 28;  *(uint16_t*)(buffer + len - 5) = detail::table[u].u; v -= u * 1000;
        case  3: u = (v * 6554) >> 16; *(uint16_t*)(buffer + len - 3) = detail::table[u].u; v -= u * 10;
        case  1: *(buffer + len - 1) = v + 0x30;
          }
#endif
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        size_t len = detail::num_digits(val);
        if (neg) buf[0] = '-';
        char* e = buf + len + neg;
        generate(val, len, buf + neg);
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
} // ak

namespace wm {
#ifdef WM_VEC
#if defined(__GNUC__) && defined(__x86_64__)
  namespace vec {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

      static inline unsigned generate(unsigned v, char* buf) {
        static struct {
          unsigned short mul_10[8];
          unsigned short div_const[8];
          unsigned short shl_const[8];
          unsigned char  to_ascii[16];
        } ALIGN(64) bits = 
        {
          { // mul_10
           10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10
          },
          { // div_const
            8389, 5243, 13108, 0x8000, 8389, 5243, 13108, 0x8000
          },
          { // shl_const
            1 << (16 - (23 + 2 - 16)),
            1 << (16 - (19 + 2 - 16)),
            1 << (16 - 1 - 2),
            1 << (15),
            1 << (16 - (23 + 2 - 16)),
            1 << (16 - (19 + 2 - 16)),
            1 << (16 - 1 - 2),
            1 << (15)
          },
          { // to_ascii 
            '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0',
            '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0', '0'
          }
        };
        unsigned x, y, l;
        x = (v * 1374389535ULL) >> 37;
        y = v;
        l = 0;
        if (x) {
          unsigned div = 0xd1b71759;
          unsigned mul = 55536;
          __m128i z, m, a, o;
          y -= 100 * x;
          z = _mm_cvtsi32_si128(x);
          m = _mm_load_si128((__m128i*)bits.mul_10);
          o = _mm_mul_epu32( z, _mm_cvtsi32_si128(div));
          z = _mm_add_epi32( z, _mm_mul_epu32( _mm_cvtsi32_si128(mul), _mm_srli_epi64( o, 45) ) );
          z = _mm_slli_epi64( _mm_shuffle_epi32( _mm_unpacklo_epi16(z, z), 5 ), 2 );
          a = _mm_load_si128((__m128i*)bits.to_ascii);
          z = _mm_mulhi_epu16( _mm_mulhi_epu16( z, *(__m128i*)bits.div_const ), *(__m128i*)bits.shl_const );
          z = _mm_sub_epi16( z, _mm_slli_epi64( _mm_mullo_epi16( m, z ), 16 ) );
          z = _mm_add_epi8( _mm_packus_epi16( z, _mm_xor_si128(o, o) ), a );
          x = __builtin_ctz( ~_mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( a, z ) ) );
          l = 8 - x;
          uint64_t q = _mm_cvtsi128_si64(z) >> (x * 8);
          *(uint64_t*)buf = q;
          buf += l;
          x = 1;
        }
        v = (y * 6554) >> 16;
        l += 1 + (x | (v != 0));
            *(unsigned short*)buf = 0x30 + ((l > 1) ? ((0x30 + y - v * 10) << 8) + v : y);
            return l;
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
        char buf[16];
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        buf[0] = '-';
        unsigned len = generate(val, buf + neg);
        char* e = buf + len + neg;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, e);
        }
      };
      inline string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      inline string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
#endif
} // wm

namespace tmn {

#ifdef TM_CPP
  namespace cpp {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

        static inline void generate(unsigned v, char* buffer) {
          unsigned const f1_10000 = (1 << 28) / 10000;
          unsigned tmplo, tmphi;

          unsigned lo = v % 100000;
          unsigned hi = v / 100000;

          tmplo = lo * (f1_10000 + 1) - (lo >> 2);
          tmphi = hi * (f1_10000 + 1) - (hi >> 2);

          unsigned mask = 0x0fffffff;
          unsigned shift = 28;

          for(size_t i = 0; i < 5; i++)
          {
            buffer[i + 0] = '0' + (char)(tmphi >> shift);
            buffer[i + 5] = '0' + (char)(tmplo >> shift);
            tmphi = (tmphi & mask) * 5;
            tmplo = (tmplo & mask) * 5;
            mask >>= 1;
            shift--;
          }
        }
      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char buf[16];
        size_t len = detail::num_digits(val);
        char* e = buf + 11;
        generate(val, buf + 1);
        buf[10 - len] = '-';
        len += neg;
        char* b = e - len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(b, e);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif

#ifdef TM_VEC
  namespace vec {
      static unsigned long cpu_cycles = 0;

      template <typename value_type> class Proxy {

        static inline unsigned generate(unsigned val, char* buffer) {
        static struct {
            unsigned char mul_10[16];
            unsigned char to_ascii[16];
            unsigned char gather[16];
            unsigned char shift[16];
        } ALIGN(64) bits = {
            { 10,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0,10,0,0,0 },
            { '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0' },
            { 3,5,6,7,9,10,11,13,14,15,0,0,0,0,0,0 },
            { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 }
        };

        unsigned u = val / 1000000;
        unsigned l = val - u * 1000000;

        __m128i x, h, f, m, n;

        n = _mm_load_si128((__m128i*)bits.mul_10);
        x = _mm_set_epi64x( l, u );
        h = _mm_mul_epu32( x, _mm_set1_epi32(4294968) );
        x = _mm_sub_epi64( x, _mm_srli_epi64( _mm_mullo_epi32( h, _mm_set1_epi32(1000) ), 32 ) );
        f = _mm_set1_epi32((1 << 28) / 1000 + 1);
        m = _mm_srli_epi32( _mm_cmpeq_epi32(m, m), 4 );
        x = _mm_shuffle_epi32( _mm_blend_epi16( x, h, 204 ), 177 );
        f = _mm_sub_epi32( _mm_mullo_epi32(f, x), _mm_srli_epi32(x, 2) );

        h = _mm_load_si128((__m128i*)bits.to_ascii);

        x = _mm_srli_epi32(f, 28);
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 8) );
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 16) );
        f = _mm_mullo_epi32( _mm_and_si128( f, m ), n );

        x = _mm_or_si128( x, _mm_slli_epi32(_mm_srli_epi32(f, 28), 24) );

        x = _mm_add_epi8( _mm_shuffle_epi8(x, *(__m128i*)bits.gather), h );
        l = __builtin_ctz( ~_mm_movemask_epi8( _mm_cmpeq_epi8( h, x ) ) | (1 << 9) );

        x = _mm_shuffle_epi8( x, _mm_add_epi8(*(__m128i*)bits.shift, _mm_set1_epi8(l) ) );

        _mm_store_si128( (__m128i*)buffer, x );
        return 10 - l;
        }

      public:
        static inline string_type convert(bool neg, unsigned val) {
#ifdef RDTSC
        long first_clock = __rdtsc();
#endif
        char arena[32];
        char* buf = (char*)((uintptr_t)(arena + 16) & ~(uintptr_t)0xf);
        *(buf - 1)= '-';
        unsigned len = generate(val, buf) + neg;
        buf -= neg;
        char* end = buf + len;
#ifdef RDTSC
        cpu_cycles += __rdtsc() - first_clock;
#endif
        return string_type(buf, end);
        }
      };
      string_type itostr(int i) { return Proxy<int>::convert(i < 0, i < 0 ? unsigned(~i) + 1 : i); }
      string_type itostr(unsigned i) { return Proxy<unsigned>::convert(false, i); }
      unsigned long cycles() { return cpu_cycles; }
      void reset() { cpu_cycles = 0; }
  }
#endif
}

bool fail(string in, string_type out) {
    cout << "failure: " << in << " => " << out << endl;
    return false;
}

#define TEST(x, n) \
    stringstream ss; \
    string_type s = n::itostr(x); \
    ss << (long long)x; \
    if (::strcmp(ss.str().c_str(), s.c_str())) { \
        passed = fail(ss.str(), s); \
        break; \
    }

#define test(x) { \
    passed = true; \
    if (0 && passed) { \
        char c = CHAR_MIN; \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while (c++ != CHAR_MAX); \
        if (!passed) cout << #x << " failed char!!!" << endl; \
    } \
    if (0 && passed) { \
        short c = numeric_limits<short>::min(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while (c++ != numeric_limits<short>::max()); \
        if (!passed) cout << #x << " failed short!!!" << endl; \
    } \
    if (passed) { \
        int c = numeric_limits<int>::min(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while ((c += 100000) < numeric_limits<int>::max() - 100000); \
        if (!passed) cout << #x << " failed int!!!" << endl; \
    } \
    if (passed) { \
        unsigned c = numeric_limits<unsigned>::max(); \
        do { \
            TEST(c, x); \
        } while ((c -= 100000) > 100000); \
        if (!passed) cout << #x << " failed unsigned int!!!" << endl; \
    } \
}

#define time(x, N) \
if (passed) { \
    static const int64_t limits[] = \
        {0, 10, 100, 1000, 10000, 100000, \
         1000000, 10000000, 100000000, 1000000000, 10000000000ULL }; \
    long passes = 0; \
    cout << #x << ": "; \
    progress_timer t; \
    uint64_t s = 0; \
    if (do_time) { \
        for (int n = 0; n < N1; n++) { \
            int i = 0; \
            while (i < N2) { \
                int v = ((NM - i) % limits[N]) | (limits[N] / 10); \
                int w = x::itostr(v).size() + \
                    x::itostr(-v).size(); \
                i += w * mult; \
                                passes++; \
            } \
            s += i / mult; \
        } \
    } \
    k += s; \
    cout << N << " digits: " \
          << s / double(t.elapsed()) * CLOCKS_PER_SEC/1000000 << " MB/sec, " << (x::cycles() / passes >> 1) << " clocks per pass "; \
    x::reset(); \
}

#define series(n) \
    { if (do_test) test(n);    if (do_time) time(n, 1); if (do_time) time(n, 2); \
      if (do_time) time(n, 3); if (do_time) time(n, 4); if (do_time) time(n, 5); \
      if (do_time) time(n, 6); if (do_time) time(n, 7); if (do_time) time(n, 8); \
      if (do_time) time(n, 9); if (do_time) time(n, 10); }

int N1 = 1, N2 = 500000000, NM = INT_MAX;
int mult = 1; //  used to stay under timelimit on ideone
unsigned long long k = 0;

int main(int argc, char** argv) {
    bool do_time = 1, do_test = 1;
    bool passed = true;
#ifdef HOPMAN_FAST
    series(hopman_fast)
#endif
#ifdef WM_VEC
    series(wm::vec)
#endif
#ifdef TM_CPP
    series(tmn::cpp)
#endif
#ifdef TM_VEC
    series(tmn::vec)
#endif
#ifdef AK_UNROLLED
    series(ak::unrolled)
#endif
#if defined(AK_BW)
    series(ak::bw)
#endif
#if defined(AK_FW)
    series(ak::fw)
#endif
    return k;
}