为什么 shell 中整数除法比按位移位更快？

Question

我正在比较bash和的性能dash（shXubuntu 18.04 中的默认值）。

• 我预计sh会比bash
• 我预计按位移位比除法运算符更快。

但是，我遇到了不一致的情况：

λ hyperfine --export-markdown a.md -w 3 ./*
Benchmark #1: ./calc-div.bash
  Time (mean ± σ):      2.550 s ±  0.033 s    [User: 2.482 s, System: 0.068 s]
  Range (min … max):    2.497 s …  2.595 s    10 runs

Benchmark #2: ./calc-div.sh
  Time (mean ± σ):      2.063 s ±  0.016 s    [User: 2.063 s, System: 0.000 s]
  Range (min … max):    2.043 s …  2.100 s    10 runs

Benchmark #3: ./calc-shift.bash
  Time (mean ± σ):      3.312 s ±  0.034 s    [User: 3.255 s, System: 0.057 s]
  Range (min … max):    3.274 s …  3.385 s    10 runs

Benchmark #4: ./calc-shift.sh
  Time (mean ± σ):      2.087 s ±  0.046 s    [User: 2.086 s, System: 0.001 s]
  Range (min … max):    2.058 s …  2.211 s    10 runs

Summary
  './calc-div.sh' ran
    1.01 ± 0.02 times faster than './calc-shift.sh'
    1.24 ± 0.02 times faster than './calc-div.bash'
    1.61 ± 0.02 times faster than './calc-shift.bash'

命令	方法]	分钟]	最大[秒]	相对的
./calc-div.bash	2.550±0.033	2.497	2.595	1.24±0.02
./calc-div.sh	2.063±0.016	2.043	2.100	1.00
./calc-shift.bash	3.312±0.034	3.274	3.385	1.61±0.02
./calc-shift.sh	2.087±0.046	2.058	2.211	1.01±0.02

以下是我测试过的脚本：

计算div.bash

#!/usr/bin/env bash

for i in {1..1000000}; do
    _=$(( i / 1024 ))
done

计算div.sh

i=1
while [ $i -le 1000000 ]; do
    _=$(( i / 1024 ))
    i=$(( i + 1 ))
done

计算移位.bash

for i in {1..1000000}; do
    _=$(( i >> 10 ))
done

计算移位.sh

#!/usr/bin/env sh

i=1
while [ $i -le 1000000 ]; do
    _=$(( i >> 10 ))
    i=$(( i + 1 ))
done

对于 5000000，这种差异更加明显：

命令	方法]	分钟]	最大[秒]	相对的
./calc-div.bash	13.333±0.202	12.870	13.584	1.23±0.02
./calc-div.sh	10.830±0.119	10.750	11.150	1.00
./calc-shift.bash	17.361±0.357	16.995	18.283	1.60±0.04
./calc-shift.sh	11.226±0.351	10.834	11.958	1.04±0.03

Summary
  './calc-div.sh' ran
    1.04 ± 0.03 times faster than './calc-shift.sh'
    1.23 ± 0.02 times faster than './calc-div.bash'
    1.60 ± 0.04 times faster than './calc-shift.bash'

正如您所看到的，对于bash和dash，除法运算符比等效的向右按位移位更快。