【C++】sqrt(x) vs pow(x,0.5)　平方根の演算速度を比較してみた

C++において，平方根計算の際に，一般的に数学関数（<cmath>ヘッダ）を使用します．

平方根の算出には，専用関数std::sqrt(x)とべき乗関数std::pow(x,0.5e0)を使用する方法が考えられます．

この記事では，std::sqrtとstd::powによる平方根算出の速度比較しました．

検証

結果

最適化なし（-O0）

std::sqrtはstd::powの約11倍高速な結果となりました．

最適化あり（-O2）

最適化を行った場合，std::sqrtはstd::powの約23倍高速な結果となりました．

検証に使用したコード

速度検証のため，Google Benchmarkを使用しました．

検証に使用したコードは下記のようになります．

#include <benchmark/benchmark.h>

#include <cmath>
#include <iostream>
#include <random>

static void plus(benchmark::State& state)
{
    std::random_device seed;
    std::mt19937 rng(seed());
    std::uniform_real_distribution<> distr(-M_PI_2, M_PI_2);
    double sum = 0.0e0;
    for (auto _ : state)
    {
        sum += distr(rng);
    }
    // prevent ignore code by optimization
    std::cout << sum << std::endl;
}
BENCHMARK(plus);

static void sqrt(benchmark::State& state)
{
    std::random_device seed;
    std::mt19937 rng(seed());
    std::uniform_real_distribution<> distr(0.0e0, 1000.0e0);
    double sum = 0.0e0;
    for (auto _ : state)
    {
        sum += std::sqrt(distr(rng));
    }
    // prevent ignore code by optimization
    std::cout << sum << std::endl;
}
BENCHMARK(sqrt);

static void pow_sqrt(benchmark::State& state)
{
    std::random_device seed;
    std::mt19937 rng(seed());
    std::uniform_real_distribution<> distr(0.0e0, 1000.0e0);
    double sum = 0.0e0;
    for (auto _ : state)
    {
        sum += std::pow(distr(rng), 0.5e0);
    }
    // prevent ignore code by optimization
    std::cout << sum << std::endl;
}
BENCHMARK(pow_sqrt);

BENCHMARK_MAIN();

検証結果において乱数生成と加算の計算時間は，別途減算しています．

結論

std::sqrtとstd::powの平方根算出速度には有意な差がありました．

平方根算出のための関数であるstd::sqrtの方が高速であることが示さされました．

基本的にstd::sqrtを使用したほうが良いでしょう．

>> アルゴリズムイントロダクション