在我的速度测试中，Lua 表哈希索引比数组索引更快。为什么？

Question

我正在做一些测试，看看在哪里可以提高我的 lua 代码的性能。

我正在阅读此文档：https://www.lua.org/gems/sample.pdf 我认为使用整数作为表索引应该要快得多，因为它使用表的数组部分并且不需要散列。

所以我写了这个测试程序：

    print('local x=0 local y=0 local z=0')
    local x=0 local y=0 local z=0
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        x = 1
        y = 2
        z = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print("tab = {1,2,3}")
    tab = {1,2,3}
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        tab[1] = 1
        tab[2] = 2
        tab[3] = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print("tab = {[1]=1,[2]=2,[3]=3}")
    tab = {[1]=1,[2]=2,[3]=3}
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        tab[1] = 1
        tab[2] = 2
        tab[3] = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print("tab = {a=1,b=2,c=3}")
    tab = {a=1,b=2,c=3}
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        tab.a = 1
        tab.b = 2
        tab.c = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print('tab = {["bli"]=1,["bla"]=2,["blu"]=3}')
    tab = {["bli"]=1,["bla"]=2,["blu"]=3}
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        tab["bli"] = 1
        tab["bla"] = 2
        tab["blu"] = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print("tab = {verylongfieldname=1,anotherevenlongerfieldname=2,superincrediblylongfieldname=3}")
    tab = {verylongfieldname=1,anotherevenlongerfieldname=2,superincrediblylongfieldname=3}
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        tab.verylongfieldname = 1
        tab.anotherevenlongerfieldname = 2
        tab.superincrediblylongfieldname = 3
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print('local f = function(p1, p2, p3)')
    local f = function(p1, p2, p3)
        x = p1
        y = p2
        z = p3
        return x,y,z
    end

    local a=0
    local b=0
    local c=0
    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        a,b,c = f(1,2,3)
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")


    print('local g = function(params)')
    local g = function(params)
        x = params.p1
        y = params.p2
        z = params.p3
        return {x,y,z}
    end

    t0 = os.clock()
    for i=1,1e7 do
        t = g{p1=1, p2=2, p3=3}
    end
    print(os.clock()-t0 .. "\n")

我已经按照我预计会增加的时间消耗对块进行了排序。 （我不确定函数调用，这只是一个测试。）但这里有令人惊讶的结果：

    local x=0 local y=0 local z=0
    0.093613

    tab = {1,2,3}
    0.678514

    tab = {[1]=1,[2]=2,[3]=3}
    0.83678

    tab = {a=1,b=2,c=3}
    0.62888

    tab = {["bli"]=1,["bla"]=2,["blu"]=3}
    0.733916

    tab = {verylongfieldname=1,anotherevenlongerfieldname=2,superincrediblylongfieldname=3}
    0.536726

    local f = function(p1, p2, p3)
    0.475592

    local g = function(params)
    3.576475

即使是导致最长哈希过程的长字段名也比使用整数访问数组更快。我是不是做错了什么？

Answer 1

您链接的文档的第 6 页（实际第 20 页）解释了您所看到的内容。

但是，如果您编写类似 {[1] = true, [2] = true, [3] = true} 的内容，Lua 就不够智能，无法检测到给定表达式（在本例中为文字数字）描述数组索引，因此它创建了一个具有四个槽位的表 in 它的哈希部分，浪费内存和CPU时间。

只有当您不使用键分配表时，您才能获得数组部分的主要优势。

table = {1,2,3}

如果您正在读取/写入已存在的表或数组，您将不会看到处理时间出现较大偏差。

文档中的示例包括在for循环中创建表

for i = 1, 1000000 do
    local a = {true, true, true}
    a[1] = 1; a[2] = 2; a[3] = 3
end

---

循环内所有局部变量的结果。编辑：如 siffiejoe 指出的那样，将长字符串延长至 40 个字节

local x=0 local y=0 local z=0
0.18

tab = {1,2,3}
3.089

tab = {[1]=1,[2]=2,[3]=3}
4.59

tab = {a=1,b=2,c=3}
3.79

tab = {["bli"]=1,["bla"]=2,["blu"]=3}
3.967

tab = {verylongfieldnameverylongfieldnameverylongfieldname=1,anotherevenlongerfieldnameanotherevenlongerfieldname=2,superincrediblylongfieldnamesuperincrediblylongfieldname=3}
4.013

local f = function(p1, p2, p3)
1.238

local g = function(params)
6.325

---

此外，lua 对于不同的密钥类型执行不同的哈希值。

源代码可以在这里查看5.2.4 ltable.c，其中包含我将要讨论的代码。

mainposition

函数处理要执行哪个哈希的决策

/*
** returns the `main' position of an element in a table (that is, the index
** of its hash value)
*/
static Node *mainposition (const Table *t, const TValue *key) {
  switch (ttype(key)) {
    case LUA_TNUMBER:
      return hashnum(t, nvalue(key));
    case LUA_TLNGSTR: {
      TString *s = rawtsvalue(key);
      if (s->tsv.extra == 0) {  /* no hash? */
        s->tsv.hash = luaS_hash(getstr(s), s->tsv.len, s->tsv.hash);
        s->tsv.extra = 1;  /* now it has its hash */
      }
      return hashstr(t, rawtsvalue(key));
    }
    case LUA_TSHRSTR:
      return hashstr(t, rawtsvalue(key));
    case LUA_TBOOLEAN:
      return hashboolean(t, bvalue(key));
    case LUA_TLIGHTUSERDATA:
      return hashpointer(t, pvalue(key));
    case LUA_TLCF:
      return hashpointer(t, fvalue(key));
    default:
      return hashpointer(t, gcvalue(key));
  }
}

当键是 Lua_Number 时，我们调用

hashnum

/*
** hash for lua_Numbers
*/
static Node *hashnum (const Table *t, lua_Number n) {
  int i;
  luai_hashnum(i, n);
  if (i < 0) {
    if (cast(unsigned int, i) == 0u - i)  /* use unsigned to avoid overflows */
      i = 0;  /* handle INT_MIN */
    i = -i;  /* must be a positive value */
  }
  return hashmod(t, i);
}

以下是其他类型的其他哈希实现：

#define hashpow2(t,n)           (gnode(t, lmod((n), sizenode(t))))

#define hashstr(t,str)          hashpow2(t, (str)->tsv.hash)
#define hashboolean(t,p)        hashpow2(t, p)


/*
** for some types, it is better to avoid modulus by power of 2, as
** they tend to have many 2 factors.
*/
#define hashmod(t,n)    (gnode(t, ((n) % ((sizenode(t)-1)|1))))


#define hashpointer(t,p)        hashmod(t, IntPoint(p))

这些哈希解析为 2 个路径 hashpow2 和 hashmod。

LUA_TNUMBER

使用 hashnum > hashmod 和

LUA_TSHRSTR

使用 hashstr > hashpow2