ch13-04-performance
Performansı Karşılaştırma: Döngüler vs. Yineleyiciler
Döngülerin mi yoksa yineleyicilerin mi kullanılacağına karar vermek için, search fonksiyonunun açık bir for döngüsü ile mi yoksa yineleyiciler ile mi daha hızlı olduğunu bilmeniz gerekir.
Önemli: Performans karşılaştırmalarında, her iki yöntemi de optimal koşullar altında test etmek en iyi sonuçları verir.
Sir Arthur Conan Doyle'un Sherlock Holmes'ün Maceraları adlı eserinin tüm içeriğini bir String'e yükleyerek içeriğinde the kelimesini aradık. İşte for döngüsü kullanan search versiyonu ve yineleyicileri kullanan versiyon üzerindeki benchmark sonuçları:
test bench_search_for ... bench: 19,620,300 ns/iter (+/- 915,700)
test bench_search_iter ... bench: 19,234,900 ns/iter (+/- 657,200)
Yineleyici versiyonu hafifçe daha hızlıydı! Burada benchmark kodunu açıklamayacağız, çünkü amaç bu iki versiyonun eşdeğer olduğunu kanıtlamak değil, bu iki uygulamanın performans açısından nasıl karşılaştırıldığına dair genel bir anlayış elde etmektir.
Not: Daha kapsamlı bir benchmark için çeşitli boyutlardaki farklı metinleri contents olarak, farklı kelimeleri ve farklı uzunluktaki kelimeleri query olarak kullanmayı ve her türlü diğer varyasyonu kontrol etmelisiniz.
Şu nokta önemlidir: Yineleyiciler, yüksek seviye bir soyutlama olmasına rağmen, aslında yazdığınız düşük seviyeli kod ile yaklaşık aynı kodda derlenir. Yineleyiciler, Rust’ın sıfır maliyetli soyutlamaları arasındadır; bu, soyutlamanın ek bir çalışma zamanı yükü getirmediği anlamına gelir. Bu, Bjarne Stroustrup'un, C++'ın orijinal tasarımcısı ve uygulayıcısı olarak "C++ Temelleri" (2012) kitabında sıfır yük tanımına benzer:
Genel olarak, C++ uygulamaları sıfır yük ilkelerine uyar: Kullanmadığınız, bunun için ödeme yapmazsınız. Dahası: Kullandığınız şeyi, daha iyi elde edemezsiniz. — Bjarne Stroustrup
Bir diğer örnek, aşağıdaki kod bir ses dekoderinden alınmıştır. Çözme algoritması, önceki örneklerin doğrusal işlevine dayanan gelecekteki değerleri tahmin etmek için doğrusal tahmin matematiksel işlemini kullanır.
Bu kod, üç değişken üzerinde matematik yapacak bir yineleyici zinciri kullanır: buffer veri dilimi, 12 coefficients dizisi ve verileri qlp_shift kadar kaydırmak için bir miktar.
Bu örnekteki değişkenleri tanımladık ama onlara hiçbir değer vermedik; bu kodun bağlamı dışında pek bir anlamı olmasa da, Rust'ın yüksek seviye fikirleri düşük seviye koda nasıl dönüştüğüne dair özlü, gerçek bir örnektir.
let buffer: &mut [i32];
let coefficients: [i64; 12];
let qlp_shift: i16;
for i in 12..buffer.len() {
let prediction = coefficients.iter()
.zip(&buffer[i - 12..i])
.map(|(&c, &s)| c * s as i64)
.sum::<i64>() >> qlp_shift;
let delta = buffer[i];
buffer[i] = prediction as i32 + delta;
}
prediction değerini hesaplamak için bu kod, coefficients dizisindeki her bir 12 değeri üzerinde yineleme yapar ve zip metodunu kullanarak katsayı değerlerini buffer'daki önceki 12 değer ile eşleştirir. Ardından, her çift için değerleri çarpıyor, tüm sonuçları topluyor ve toplamda qlp_shift bitini sağa kaydırıyoruz.
Dikkat: Ses dekoderleri gibi uygulamalardaki hesaplamalar genellikle performansı en yüksek öncelik olarak alır. Burada, bir yineleyici oluşturuyoruz, iki adaptör kullanıyoruz ve ardından değeri tüketiyoruz.
Bu Rust kodu hangi montaj koduna derlenecek? Şu anki yazım itibariyle, yazdığınız montajla aynı montaja derleniyor. coefficients değerleri üzerinde yineleme için hiç döngü yok: Rust, 12 yineleme olduğunu bildiği için döngüyü "unroll" (açıkça yazma) ediyor. Unroll (açma), döngüyü kontrol eden kodun yükünü kaldıran ve bunun yerine döngünün her yinelemesi için tekrarlanan kod üreten bir optimizasyon türüdür.
Tüm katsayılar, kayıtlarda saklanır, bu da değerlere erişimin çok hızlı olduğu anlamına gelir. Dizi erişimi sırasında çalışma zamanında hiçbir sınır kontrolü yoktur. Rust'ın uygulayabildiği tüm bu optimizasyonlar, sonuçta ortaya çıkan kodun son derece verimli olmasını sağlar. Artık bunu bildiğinize göre, yineleyicileri ve kapamaları korkusuzca kullanabilirsiniz! Bu, kodun daha yüksek seviyeli görünmesini sağlarken, bunun için bir çalışma zamanı performans cezası getirmiyor.
Özet
Kapamalar ve yineleyiciler, işlevsel programlama dilinden ilham alan Rust özellikleridir. Rust'ın, yüksek seviye düşünceleri düşük seviye performansla net bir şekilde ifade etme yeteneğine katkıda bulunur. Kapama ve yineleyici uygulamaları, çalışma zamanı performansını etkilemeyecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, Rust'ın sıfır maliyetli soyutlamalar sağlama hedefinin bir parçasıdır.
Giriş/çıkış projemizin ifadesini geliştirdiğimize göre, projeyi dünyayla paylaşmamıza yardımcı olacak cargo'nun daha fazla özelliğine bakalım.