Desafio de desempenho do C ++: conversão de inteiro para std :: string

Alguém pode bater o desempenho do meu número inteiro para o código std :: string, vinculado abaixo?

Já existem várias perguntas que explicam como converter um número inteiro em um std::stringem C ++, como este , mas nenhuma das soluções fornecidas é eficiente.

Aqui está o código pronto para compilação para alguns métodos comuns para competir:

• A "maneira C ++", usando stringstream: http://ideone.com/jh3Sa
• sprintf, que os SO-ers geralmente recomendam para o desempenho consciente: http://ideone.com/82kwR

Ao contrário do que se pensa , boost::lexical_casttem sua própria implementação ( white paper ) e não usa stringstreamoperadores de inserção numérica. Eu realmente gostaria de ver seu desempenho comparado, porque essa outra pergunta sugere que é infeliz .

E minha própria contribuição, que é competitiva em computadores desktop, e demonstra uma abordagem que é executada a toda velocidade também em sistemas embarcados, diferentemente dos algoritmos dependentes do módulo inteiro:

• Algoritmos de Ben: http://ideone.com/SsEUW

Se você deseja usar esse código, eu o disponibilizo sob uma licença BSD simplificada (uso comercial permitido, atribuição necessária). Basta perguntar.

Finalmente, a função ltoanão é padrão, mas está amplamente disponível.

• versão ltoa, para quem tem um compilador que o fornece (o ideone não): http://ideone.com/T5Wim

Postarei minhas medidas de desempenho como resposta em breve.

Regras para algoritmos

• Forneça código para uma conversão de pelo menos números inteiros assinados e não assinados de 32 bits em decimal.
• Produzir saída como a std::string.
• Não há truques incompatíveis com encadeamento e sinais (por exemplo, buffers estáticos).
• Você pode assumir um conjunto de caracteres ASCII.
• Teste seu código em INT_MINuma máquina de complemento de dois onde o valor absoluto não seja representável.
• Idealmente, a saída deve ser caractere por caractere idêntico à versão canônica C ++ usando stringstream, http://ideone.com/jh3Sa , mas qualquer coisa que é claramente compreensível que o número correto é ok também.
• NOVO : Embora você possa usar as opções de compilador e otimizador (exceto completamente desativadas) que deseja para a comparação, o código também precisa compilar e fornecer resultados corretos em pelo menos VC ++ 2010 e g ++.

Discussão esperada

Além de algoritmos melhores, eu também gostaria de obter alguns benchmarks em várias plataformas e compiladores diferentes (vamos usar a taxa de transferência de MB / s como nossa unidade de medida padrão). Acredito que o código do meu algoritmo (eu sei que o sprintfbenchmark usa alguns atalhos - agora corrigidos) é um comportamento bem definido pelo padrão, pelo menos sob a premissa do ASCII, mas se você vir algum comportamento ou entradas indefinidos para os quais a saída é inválido, indique-o.

Conclusões:

Diferentes algoritmos são executados para g ++ e VC2010, provavelmente devido às diferentes implementações de std::stringcada um. O VC2010 claramente faz um trabalho melhor com o NRVO, livrar-se do retorno por valor ajudou apenas no gcc.

Foi encontrado um código que supera sprintfpor uma ordem de magnitude. ostringstreamfica para trás por um fator de 50 e mais.

O vencedor do desafio é o usuário434507, que produz código que executa 350% da velocidade da minha própria no gcc. Entradas adicionais são fechadas devido aos caprichos da comunidade SO.

Os atuais campeões de velocidade (final?) São:

• Para gcc: user434507, 8 vezes mais rápido que sprintf: http://ideone.com/0uhhX
• Para Visual C ++: Timo, 15 vezes mais rápido que 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;
}

Isso explodirá em sistemas que não permitem acessos desalinhados à memória (nesse caso, a primeira atribuição desalinhada via *(short*)causaria um segfault), mas deve funcionar muito bem.

Uma coisa importante a fazer é minimizar o uso de std::string. (Irônico, eu sei.) No Visual Studio, por exemplo, a maioria das chamadas para métodos de std :: string não está embutida, mesmo se você especificar / Ob2 nas opções do compilador. Assim, mesmo algo tão trivial quanto uma chamada std::string::clear(), que você pode esperar ser muito rápido, pode levar 100 clockticks ao vincular o CRT como uma biblioteca estática e até 300 clockticks ao vincular como uma DLL.

Pelo mesmo motivo, retornar por referência é melhor porque evita uma atribuição, um construtor e um destruidor.

Ah, desafio incrível por sinal ... Eu me diverti muito com isso.

Eu tenho dois algoritmos para enviar (o código está na parte inferior, se você quiser pular para ele). Nas minhas comparações, exijo que a função retorne uma string e que ela possa manipular int e unsigned int. Comparar coisas que não constroem uma string com aquelas que não fazem realmente sentido.

A primeira é uma implementação divertida que não usa nenhuma tabela de pesquisa pré-computada ou divisão / módulo explícito. Este é competitivo com os outros com gcc e com todos, exceto o Timo no msvc (por um bom motivo que explico abaixo). O segundo algoritmo é minha submissão real para obter o melhor desempenho. Nos meus testes, ele vence todos os outros no gcc e no msvc.

Acho que sei por que alguns dos resultados no MSVC são muito bons. std :: string possui dois construtores relevantes std::string(char* str, size_t n)
e o
std::string(ForwardIterator b, ForwardIterator e)
gcc faz a mesma coisa para os dois ... ou seja, usa o segundo para implementar o primeiro. O primeiro construtor pode ser implementado significativamente mais eficientemente que isso e o MSVC o faz. O benefício disso é que, em alguns casos (como meu código rápido e o código do Timo), o construtor de strings pode ser incorporado. De fato, apenas alternar entre esses construtores no MSVC é quase uma diferença de 2x para o meu código.

Meus resultados dos testes de desempenho:

Fontes de código:

- Voigt
- Timo
- ergosys
- user434507
- user-voigt-timo
- hopman-fun
- hopman-fast

gcc 4.4.5 -O2 no Ubuntu 10.10 de 64 bits, Core i5

hopman_fun: 124.688 MB / seg --- 8.020 s
hopman_fast: 137.552 MB / s --- 7.270 s
Tamanho do arquivo: 120.192 MB / seg --- 8.320 s
user_voigt_timo: 97.9432 MB / s --- 10.210 s
timo: 120,482 MB / s - 8.300 s
usuário: 97,7517 MB / s - 10.230 s
ergosys: 101,42 MB / s - 9.860 s

MSVC 2010 de 64 bits / Ox no Windows 7 de 64 bits, Core i5

hopman_fun: 127 MB / seg --- 7.874 s
hopman_fast: 259 MB / s --- 3.861 s
Tamanho do arquivo: 221.435 MB / seg --- 4.516 s
user_voigt_timo: 195.695 MB / s --- 5.110 s
timo: 253,165 MB / s --- 3.950 s
usuário: 212,63 MB / s --- 4.703 s
ergosys: 78,0518 MB / s --- 12,812 s

Aqui estão alguns resultados e uma estrutura de teste / tempo na ideone
http://ideone.com/XZRqp
Observe que a ideone é um ambiente de 32 bits. Ambos os meus algoritmos sofrem com isso, mas hopman_fast ainda é pelo menos competitivo.

Observe que, para aqueles que não constroem uma string, adicionei o seguinte modelo de função:

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

Agora, meu código ... primeiro o mais divertido:

    // 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);
}

E então o mais rápido:

    // 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);
}

Dados de referência para o código fornecido na pergunta:

No ideone (gcc 4.3.4):

• strings: 4,4 MB / s
• sprintf: 25,0 MB / s
• mina (Ben Voigt) : 55,8 MB / s
• Timo : 58,5 MB / s
• user434507 : 199 MB / s
• Ben-Timo-507 híbrido do user434507 : 263 MB / s

Core i7, Windows 7 de 64 bits, 8 GB de RAM, Visual C ++ 2010 de 32 bits:

cl /Ox /EHsc

• strings: 3,39 MB / s, 3,67 MB / s
• sprintf: 16,8 MB / s, 16,2 MB / s
• mina: 194 MB / s, 207 MB / s (com PGO ativado: 250 MB / s)

Core i7, Windows 7 de 64 bits, 8 GB de RAM, Visual C ++ 2010 de 64 bits:

cl /Ox /EHsc

• strings: 4,42 MB / s, 4,92 MB / s
• sprintf: 21,0 MB / s, 20,8 MB / s
• mina: 238 MB / s, 228 MB / s

Core i7, Windows 7 de 64 bits, 8 GB de RAM, cygwin gcc 4.3.4:

g++ -O3

• strings: 2,19 MB / s, 2,17 MB / s
• sprintf: 13,1 MB / s, 13,4 MB / s
• mina: 30,0 MB / s, 30,2 MB / s

edit : eu adicionaria minha própria resposta, mas a pergunta foi encerrada, por isso estou adicionando aqui. :) Escrevi meu próprio algoritmo e consegui uma melhoria decente em relação ao código de Ben, embora só o tenha testado no MSVC 2010. Também fiz uma referência de todas as implementações apresentadas até agora, usando a mesma configuração de teste que estava no original de Ben código. - Timo

Intel Q9450, Windows XP de 32 bits, MSVC 2010

cl /O2 /EHsc

• sequência: 2,87 MB / s
• sprintf: 16,1 MB / s
• Ben: 202 MB / s
• Ben (buffer não assinado): 82,0 MB / s
• ergosys (versão atualizada): 64.2 MB / s
• user434507: 172 MB / s
• Timo: 241 MB / s

-

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);
}

Enquanto as informações que chegamos aqui para os algoritmos são bastante boas, acho que a pergunta está "quebrada" e vou explicar por que penso isso:

A pergunta solicita o desempenho de int-> std::stringconversion, e isso pode ser interessante ao comparar um método comumente disponível, como diferentes implementações de strings ou boost :: lexical_cast. Entretanto, não faz sentido pedir um novo código , um algoritmo especializado, para fazer isso. O motivo é que o int2string sempre envolverá a alocação de heap de std :: string e se estamos tentando extrair o último do nosso algoritmo de conversão, não acho que faça sentido misturar essas medidas com as alocações de heap feitas pelo std: :corda. Se eu quiser conversão de desempenho, eu irei sempre usarei um buffer de tamanho fixo e certamente nunca alocarei nada no heap!

Para resumir, acho que os horários devem ser divididos:

• Primeiro, a conversão mais rápida (int -> buffer fixo).
• Segundo, o tempo da cópia (buffer fixo -> std :: string).
• Terceiro, verificando como a alocação std :: string pode ser usada diretamente como buffer, para salvar a cópia.

Esses aspectos não devem ser confundidos em um momento, IMHO.

Não posso testar no VS, mas isso parece ser mais rápido que o seu código para g ++, cerca de 10%. Provavelmente poderia ser ajustado, os valores de decisão escolhidos são suposições. int apenas, desculpe.

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); 
}

Resposta atualizada do usuário2985907 ... 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
Press any key to continue . . .

Integer To String Test(Type 2)
[modp_ufast]Numbers: 240000000  Total:   660000000      Time:  0.5072sec        Rate:473162716.4618nums/sec
[sprintf] Numbers: 240000000    Total:   660000000      Time: 22.3483sec        Rate: 10739062.9383nums/sec
[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
Press any key to continue . . .

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
[karma]   Numbers: 240000000    Total:   505625000      Time:  4.3036sec        Rate: 55767734.3570nums/sec
[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
Press any key to continue . . .

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());
}

Aqui está minha pequena tentativa deste divertido quebra-cabeça.

Em vez de usar tabelas de pesquisa, eu queria que o compilador descobrisse tudo. Nesse caso em particular - se você ler o Hackers 'Delight, verá como a divisão e o módulo funcionam - o que torna muito possível otimizar isso usando as instruções SSE / AVX.

Referência de desempenho

Quanto à velocidade, minha referência aqui me diz que é 1,5 vezes mais rápido que o trabalho do Timo (no meu Intel Haswell ele roda em aproximadamente 1 GB / s).

Coisas que você poderia considerar uma trapaça

Quanto ao truque de não fazer uma string padrão que eu uso - é claro que levei isso em consideração também para a minha referência do método de Timo.

Eu uso um intrínseco: BSR. Se você preferir, também pode usar as tabelas DeBruijn - que é uma das coisas sobre as quais escrevi bastante no meu post 'fastlog 2log'. Claro, isso tem uma penalidade de desempenho (* bem ... se você estiver realizando muitas operações itoa, poderá fazer um BSR mais rápido, mas acho que isso não é justo ...).

Como funciona

A primeira coisa a fazer é descobrir quanta memória precisamos. Este é basicamente um 10log, que pode ser implementado de várias maneiras inteligentes. Veja os " Bit Twiddling Hacks " frequentemente citados para obter detalhes.

A próxima coisa a fazer é executar a saída numérica. Eu uso recursão de modelo para isso, para que o compilador descubra.

Eu uso 'modulo' e 'div' um ao lado do outro. Se você ler o Hacker's Delight, notará que os dois estão intimamente relacionados; portanto, se você tiver uma resposta, provavelmente também a outra. Eu achei que o compilador pode descobrir os detalhes ... :-)

O código

Obtendo o número de dígitos usando um log (modificado) 10:

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]);
    }
};

Preparando a string:

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;
    }
}

Eu tive isso por um tempo e finalmente cheguei a publicá-lo.

Mais alguns métodos em comparação com a palavra dupla por vez hopman_fast . Os resultados são para o std :: string otimizado por cadeia de caracteres curta do GCC, pois, caso contrário, as diferenças de desempenho ficam obscurecidas pela sobrecarga do código de gerenciamento de cadeia de cópia na gravação. A taxa de transferência é medida da mesma maneira que em outras partes deste tópico, as contagens de ciclo são para as partes brutas de serialização do código antes de copiar o buffer de saída em uma sequência.

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  

Opções de tempo de compilação:

-DVSTRING - habilita sequências de SSO para configurações mais antigas do GCC
-DBSR1 - habilita o log
rápido10 -DRDTSC - habilita contadores de ciclo

#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;
}