数値の文字化を高速にしてみた

#sprintf()からの限界へ挑戦
数値データを文字列にする機会が、JSONフォーマットをレスポンスするAPIで増えた気がします。数値の書式フォーマット付き文字列化といえば、sprintf()を使うでしょう。通常ならば、それで全く問題ありません。

しかし、sprintf() は、フォーマット文字列を複雑に定義できる反面、そのパースに処理も必要なので、単純なパターンであれば、ちょっとオーバースペックすぎるところです。そこで、sprintf(s,"%.1f",fv) に限って処理する関数で置き換えてみることにしました。

実装方針

• 書式指定文字列は使用しない。いさぎよく "%.1f" 相当だけ。
• 小数点以下第二位は切り捨てとする（sprintf()の実装では四捨五入される）

というかんじで、書いてみたのが以下のコードです。

fv2s.c

void fv2s(char *s, double fv)
{
    int iv,i,zf;

    if ((fv >= 1000000) || (fv <= -1000000)){ // overflow error, fallback                                                                                            
        sprintf(s,"%.1f",fv);
        return;
    }

    iv = fv * 10;
    if (iv < 0){
        *s++ = '-';
        iv = -iv;
    }

    zf = 0;
    i = ((iv % 10000000) / 1000000);  if (zf || (i != 0)){*s++ = i + '0'; zf = 1;}
    i = ((iv %  1000000) /  100000);  if (zf || (i != 0)){*s++ = i + '0'; zf = 1;}
    i = ((iv %   100000) /   10000);  if (zf || (i != 0)){*s++ = i + '0'; zf = 1;}
    i = ((iv %    10000) /    1000);  if (zf || (i != 0)){*s++ = i + '0'; zf = 1;}
    i = ((iv %     1000) /     100);  if (zf || (i != 0)){*s++ = i + '0'; zf = 1;}
    i = ((iv %      100) /      10);  *s++ = i + '0';
    *s++ = '.';
    i = ((iv %      10)         );    *s++ = i + '0';
    *s = '\0';
}

コード解説

• 100万以上、-100万以下の場合は、無理せず素直に本家 sprintf() に処理を依頼しています。（今回のターゲットしている値の扱う範囲でざっくり適当に決めています）
• 今回は、小数点以下第一位までを使用しますので、10倍して整数化してしまいます。
• 負の数の場合は、符号を記述します。
• 高位の桁から順に１桁ずつみていき、文字化して追記していきます。
• C言語の場合は、文字化するには '0' (0x30) を加算するのが手っ取り早いです。
• 先頭の桁で0の場合はスキップしますが、一旦0以外の数値が出たあとは0でも出力します。
• 前項によらず、一の位は0でも必ず出力します。
• 小数以下第一位も、同様に必ず出力します。

#実行結果

% gcc -O2 a.c
% time ./a.out 1
fv2s optimized version
0.117u 0.003s 0:00.12 91.6%	0+0k 0+0io 0pf+0w

% time ./a.out 2
sprintf native version
3.063u 0.000s 0:03.06 100.0%	0+0k 0+0io 0pf+0w

25倍速くなりました。　めでたしめでたし。
参考までに、上記のテストに使ったコードはこちら

a.c

int random_check()
{
    char s1[1023];
    char s2[1023];
    int i;
    float fv;

    srand(time(NULL));
    for (i = 0; i < 10000000; i++) {
        fv = (((double)rand() / RAND_MAX) - 0.5) * 100000000;
        fv = (((int)(fv * 10)) / 10);
        sprintf(s1,"%.1f",fv);
        fv2s(s2,fv);
        if (strcmp(s1,s2) != 0){
            printf("error %.1f, %s, %s\n", fv, s1, s2);
        }
    }
}

int speed_test_1()
{
    char s[1023];
    int i;
    printf("fv2s optimized version\n");
    for (i = 0; i < 10000000; i++) {
        fv2s(s, 23.4);
    }
}

int speed_test_2()
{
    char s[1023];
    int i;
    printf("sprintf native version\n");
    for (i = 0; i < 10000000; i++) {
        sprintf(s,"%.1f", 23.4);
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int opt = 0;
    if (argc >= 2){
        opt = atoi(argv[1]);
    }
    switch (opt){
    case 0: random_check(); break;
    case 1: speed_test_1(); break;
    case 2: speed_test_2(); break;
    }
    return 0;
}

かなり、用途が限定されるので、どれほどお役に立つかわかりませんが、まあ、こういうチャレンジは、やってて楽しいですよね。