パソコン活用研究5番街（Visual Basic、Excel(VBA)、BASIC プログラミング研究）
実行スピードの向上
今のＰＥＮＴＩＵＭ搭載機でＱＢＡＳＩＣを使うと、これは結構速くて、いやびっくりするほど速くて
ＢＡＳＩＣで高速アプリなんて・・・、とＢＡＳＩＣにケチをつけていた諸兄に、猛省を促したい
ほどの速さですが、確かに一昔前なら、「山」と言えば「川」、「ＢＡＳＩＣ」と言えば、「インタープリタ
だから遅い」でした。
８ビットＣＰＵの頃はＢＡＳＩＣでゲームを作ると、本当にのろくてのろくて、マシン語を使わねばどーしょうも
ないという状況でした。（マシン語を使っても、極限までスピードアップのハイテク技を駆使しないと、
使えるゲームはなかなかできなかった。）
というわけで、当時のパソコン雑誌の２大花形の話題は、「マシン語入門」と「究極のＢＡＳＩＣハイテク技」
だったわけです。ＢＡＳＩＣはＢＡＳＩＣでいかに実行スピードの速いコードを書くか、というのがひとつの大テーマ
だったわけです。
今となっては、先述の通りさほど重要なテーマではなくなっておりますが、このテーマを追求すると、ＢＡＳＩＣ
の向こうにコンピュータの仕組みが透けてみえてくるので、コンピュータをもっと深く知るにはいい教材だと
思います。また、「Ｎ８８互換ＢＡＳＩＣ
ｆｏｒ
ＷＩＮ」はスピードの点ではやや遅いものがありますので、これ向け
には、面白い実践的テーマだと思います。
ただし、この高速化はインタプリタ方式のＢＡＳＩＣの場合です。ネイティブコードにおとすＢＡＳＩＣコンパイラ
には当然のことながら当てはまりません。
１ ＦＯＲ
・・・・・ＮＥＸＴ の高速化
ＦＯＲ・・・・・ＮＥＸＴ
は何回も繰り返しをさせる命令ですから、まずはこのＦＯＲ・・・・ＮＥＸＴ
ループをいかに
高速化するかというのが、大テーマとなります。１０００回も１００００回もループするプログラムなら、ここの
スピードがおそくちゃ話にならない。
というわけで、ＦＯＲ・・・・・ＮＥＸＴ
ループ高速化のためのチャレンジをいろいろしていきたいと思います。
（１） Ｎ８８互換ＢＡＳＩＣ ｆｏｒ
ＷＩＮ で実験
まずはＮ８８互換ＢＡＳＩＣ ｆｏｒ
ＷＩＮ用に実験。
できるだけ単純なプログラムということで、変数ＸとＹに１づつ加算するプログラムで実験します。２０００回
ループしてその実行時間を３回計測し、平均値をだしました。
［基本型］
まずは、基本形のＡＤＤ０．ＢＡＳです。ポイントは変数を数型整（Ｘ％、Ｙ％）にしている点です。
この点はよく覚えていて下さい。（かつては一般に、整数型の演算は早く、実数型の演算は遅いと言われて
きました。＜−−過去の常識）
結果は２４．６秒です。
<ADD0.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 ' 24.6 |
[NEXTの後の制御変数名は省略した方が速い］
６０行目を next i −−＞ next に変えて見ました。
２３．６秒とわずかですがスピードアップしました。これは昔からＢＡＳＩＣで使われる高速化ハイテクです。
他のＢＡＳＩＣ（インタプリタ）でもほぼ共通して使える技だと思います
<ADD1.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 next 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '23.6 |
［ループ内でよく使う変数はプログラムのはじめに定義すべし］
下のＡＤＤ１Ｂ と
ＡＤＤ３を比べてみて下さい。
ＡＤＤ１Ｂでは変数Ｘ％，Ｙ％をはじめに定義していますが、ＡＤＤ３
では他の変数の後で最後に定義しています。
ＡＤＤ１Ｂでは基本形のＡＤＤ０とほぼ同じ２５．０秒でしたが、ＡＤＤ３では２９．３秒とかなり遅くなっています。
これはかなりのスピードダウンです。変数の定義の順番でこんなにスピードに差がでるとは、少しびっくり
ではありませんか。なぜ、こんなに差がでたのでしょうか。
一般のＢＡＳＩＣインタプリタでは変数は定義された順にメモリの変数領域に格納されます。そして、プログラムで
再び変数が登場すると、変数領域のはじめから目的の変数をさがしていきます。従ってＦＯＲ・・・・ＮＥＸＴループ
でよく使う変数は、できるだけ早めに定義しておいた方が、ＢＡＳＩＣインタプリタの探す時間が省けて、スピードア
ップにつながるのです。
Ｎ８８互換ＢＡＳＩＣ ｆｏｒ
ＷＩＮの内部仕様がわからないので、これは推測ですが、結果からみて、Ｎ８８互換
ＢＡＳＩＣ ｆｏｒ ＷＩＮ
でも一般のＢＡＳＩＣと同じ仕組みで、変数の格納、サーチをしていると思われます。
<ADD1B.BAS>10 width 80,20 20 cls 21 x%=0:y%=0 22 a=0:b=0:c=0:d=0:e=0:f=0:g=0:h=0:j=0:k=0:l=0:m=0:o=0:p=0:q=0:r=0 23 s=0:t=0:u=0:v=0:w=0:z=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '25.0 |
<ADD3.BAS>10 width 80,20 20 cls 22 a=0:b=0:c=0:d=0:e=0:f=0:g=0:h=0:j=0:k=0:l=0:m=0:o=0:p=0:q=0:r=0 23 s=0:t=0:u=0:v=0:w=0:z=0 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '29.3 |
［無駄な文を（たとえＲＥＭ文でも）ループ内にいれるな］
ループ内に無駄な文をいれないなんてのは、当たり前の話ですが、非実行文のＲＥＭ文でさえ、大幅な
スピードダウンにつながります。ＡＤＤ2では５５行に無駄なＲＥＭ文をいれてみました。非実行文だから
スピードには関係ないだろう、という感じもしますが、結果は２９．０秒と大幅なスピードダウウンです。
一般にＢＡＳＩＣインタプリタはリンクポインタ（次に実行すべき行の先頭アドレスをさすポインタ）を順々に
たどって、ひとつひとつの行を実行していきます。
従って、５５行が非実行文だからといって、そこを飛ばして５０行から６０行に実行がうつるわけではなく、
５０行終了
−−＞５５行のリンクポインタをみて５５行の先頭に飛ぶ ＜・・・・無駄な作業
−−＞ＲＥＭ文だ！と解釈する＝以下、無視していい ＜・・・これも無駄
−−＞そんじゃ６０行のリンクポインタをみて、６０行の先頭へとぼう
と、無駄な作業が入ります。若干でもＢＡＳＩＣインタプリタが無駄な作業をする分遅くなるわけです。
Ｎ８８互換ＢＡＳＩＣ ｆｏｒ ＷＩＮ
でも事情は同じようであると推測します。
コメントは適宜いれた方が、プログラムが見やすくなりますが、ループ内にいれるのはスピードの大幅な
犠牲を伴います。
＊
リンクポインタについては「（！）パソコン活用研究ラピュタへの道／カセットインターフェースによるデータ」
に解説ありますので参考にして下さい。
<ADD2.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 55 REM ＊＊＊＊＊＊無駄なコメント行だよん＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '29.0 |
［配列の宣言,定義はスピードに影響なし］
ＡＤＤ４はＡＤＤ３に加え、Ｘ％，Ｙ％の定義の前に配列の定義を（１０００個も）したものですが、
ＡＤＤ３と結果は変わりません。
一般にＢＡＳＩＣインタプリタでは配列と変数をそれぞれ別の領域に格納するので、どでかい配列の定義を
しても、変数サーチのスピードには影響ないものと思われます。この事情はＮ８８互換ＢＡＳＩＣ
ｆｏｒ ＷＩＮでも
また同じと思われます。
<ADD4.BAS>10 width 80,20 20 cls 21 dim abc(1000) 22 a=0:b=0:c=0:d=0:e=0:f=0:g=0:h=0:j=0:k=0:l=0:m=0:o=0:p=0:q=0:r=0 23 s=0:t=0:u=0:v=0:w=0:z=0 24 for i=0 to 999: abc(i)=0:next 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '29.3 |
[実数型演算でもスピード変わらず］
こんどは変数Ｘ，Ｙを実数型として、演算してみました。昔の常識では、実数型の演算は整数型より遅い、
ということでしたが、ＡＤＤ５は２４．６秒と基本形のＡＤＤ０と変りありません。
これは、できるだけ変数は整数型にしてスピードアップをはかるのが定石、と思っている古いＢＡＳＩＣ
プログラマ（おじさんも含めて）には少々ショッキングな結果ではないでしょうか。
昔の８ビットＣＰＵでは、整数の加算減算はマシン語の命令があり、超高速でできましたが、除算あたりになると
自分で割り算用のルーチンをつくらねばならず、だいぶスピードがおちたものです。まして、実数の演算となると、浮動小数点方式とかいうのを使って、数十行以上のコードを書かねばならず、整数の演算に比べて格段
にスピードがおちたものです。
ところが、４８６以降のＣＰＵでは、浮動小数点の計算がＣＰＵに組み込まれ、大幅にスピードアップされました。
この結果はまさしくＣＰＵの進化の反映であると思われます。
<ADD5.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x=0:y=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 for i=0 to 2000 50 x=x+1:y=y+1 60 next i 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '24.6 |
［繰り返し処理はＦＯＲ・・・・・ＮＥＸＴが速い］
繰り返し処理のループを作るのに、ＷＨＩＬＥ・・・・・ＷＮＤ
や ＩＦ文を使うという手もありますが、これらの
条件判断を伴う命令は結構、時間を食います。あらかじめループ回数がわかっていて、ＦＯＲ・・・・ＮＥＸＴ
が使えるなら、ループはＦＯＲ・・・ＮＥＸＴでやるのがＢＥＳＴです。
ＡＤＤ７ではＷＨＩＬＥ・・・ＷＥＮＤで同じ事をやってますが、３２．６秒とかなりスピードダウンです。
ＡＤＤ８はＩＦ とＧＯＴＯ
の組み合わせでループを形成していますが、３６．６秒と基本形ＡＤＤ０の１．５倍の
時間がかかっています。
<ADD7.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 while x%<=2000 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 wend 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 ' 32.6 |
<ADD8.BAS>10 width 80,20 20 cls 25 x%=0:y%=0 30 t=val(right$(time$,2)) 40 if x%>2000 then goto 100 50 x%=x%+1:y%=y%+1 60 goto 40 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 ' 36.6 |
（２） ＱＢＡＳＩＣで実験
ＱＢＡＳＩＣにおいても上のＮ８８互換ＢＡＳＩＣ
ｆｏｒ
ＷＩＮの結果がほぼ適用できますが、整数型と実数型の
問題に関しては別の結果がでています。ＱＢＡＳＩＣはＭＳ−ＤＯＳ用に作られたアプリケーションなので
（＝ＣＰＵは８０８６を想定しているので実数型の演算は、ＣＰＵの浮動小数点用の演算命令は使わず、
マシン語で浮動小数点方式の演算ルーチンを組んで実行している）、整数型の演算のほうが高速に実行
されます。
ADD0が整数型の変数での演算、ＡＤＤ１は実数型です。３００００回の加算のループを４回くりかえして
ますが、ＡＤＤ０では５秒、ＡＤＤ１では１３秒と、整数型のほうが圧倒的に高速という結果になりました。
ＱＢＡＳＩＣでは、整数型の演算は実数型よりかなり高速ということになります。
<ADD0.BAS>WIDTH 80, 25 CLS t = VAL(RIGHT$(TIME$, 2)) FOR j = 0 TO 3 x% = 0: y% = 0 FOR i = 0 TO 30000 x% = x% + 1: y% = y% + 1 NEXT i: NEXT j t1 = VAL(RIGHT$(TIME$, 2)) IF t1 < t THEN t1 = t1 + 60 PRINT t1 - t ' 5 |
<ADD1.BAS>WIDTH 80, 25 CLS t = VAL(RIGHT$(TIME$, 2)) FOR j = 0 TO 3 x = 0: y = 0 FOR i = 0 TO 30000 x = x + 1: y = y + 1 NEXT i: NEXT j t1 = VAL(RIGHT$(TIME$, 2)) IF t1 < t THEN t1 = t1 + 60 PRINT t1 - t ' 13 |
２ ＧＯＴＯ と ＧＯＳＵＢによる分岐
ＧＯＴＯやＧＯＳＵＢの高速化の技というと、いったい何でしょうか。ある分岐先へ飛ぶだけだから、どこに
高速化する余地があるのか？という感じですが、ここにもＢＡＳＩＣインタプリタの仕様から考えた高速化の
法則があります。
一般にＢＡＳＩＣインタプリタはＧＯＴＯ や
ＧＯＳＵＢ
に出くわすと、次のように分岐先をサーチします。
ａ） 前の行に飛ぶ場合
−−＞プログラム先頭行から順に、目的の行をサーチしていきます
ｂ） 後ろの行に飛ぶ場合
−−＞現在の行の次から目的の行をサーチしていきます
従って、ＧＯＴＯの飛び先、ＧＯＳＵＢから飛ぶサブルーチンはできるだけプログラムの先頭の方にまとめる、
あるいは後ろに飛ばすなら、できるだけ直後に飛ばす、というのが高速化のための基本法則、と言えるでしょう。
下の実験はＮ８８互換BASIC ｆｏｒ
ＷＩＮでのものです。GOTO0では５から３９行目まで無駄なＲＥＭ文をいれて
みました。ＧＯＴＯ１では余分な行をプログラムの先頭から極力排除しました。（プログラムの初期化もいったん
後ろに飛ばして処理）。その結果、ＧＯＴＯ０で３２秒、ＧＯＴＯ１で３１秒とわずか１秒ですがＧＯＴＯ０で余計に
時間がかかっています。
徹底してプログラムの高速化を図るなら、ＧＯＴＯ１のようにプログラムの初期設定、初期化の処理を、いったん
プログラムの末尾に持っていく、というのが定石といえるでしょう。
<GOTO0.BAS>1 width 80,20 2 cls 3 x%=0 4 t=val(right$(time$,2)) 5 rem 6 rem 7 rem 8 rem 9 rem 10 rem 11 rem 12 rem 13 rem 14 rem 15 rem 16 rem 17 rem 18 rem 19 rem 20 rem 21 rem 22 rem 23 rem 24 rem 25 rem 26 rem 27 rem 28 rem 29 rem 31 REM むだな行 32 rem 33 rem 34 rem 35 rem 36 rem 37 rem 38 rem 39 rem これも無駄な行 40 x%=x%+1 60 if x%>=2000 then goto 100 else goto 40 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t 130 '32.0 |
<GOTO1.BAS>10 goto 130 40 x%=x%+1 60 if x%>=2000 then goto 100 else goto 40 100 t1=val(right$(time$,2)) 110 if t1<t then t1=t1+60 120 print t1-t:end 130 width 80,20 140 cls 150 x%=0 160 t=val(right$(time$,2)) 170 goto 40 180 '31.0 |
というわけで、ＢＡＳＩＣプログラム高速化の方法をいくつかまとめてみました。