了解时空局部性答案

【问题标题】：Understanding spatial and temporal locality了解时空局部性
【发布时间】：2018-10-14 07:58:34
【问题描述】：

我正在为我的架构期末考试而学习，并遇到了以下代码行：

for(i = 0; i <= N ;i++){
   a[i] = b[i] + c[i]; 
}

问题是：“这段代码sn-p如何演示时间和空间局部性的例子？一定要考虑数据和指令的内存引用。”

就空间局部性而言，我相信代码通过访问连续的内存位置（a[0] 然后 a[i] 等）来演示它。然而，我的困惑来自时间局部性。我不确定这段代码的 sn-p 如何在短时间内引用相同的位置？任何形式的帮助将不胜感激。

【问题讨论】：

代码不会在短时间内引用同一个位置，因为它只“引用”每个位置一次，除非a == b || a == c || b == c。
变量i在短时间内被大量访问。
@JGroven 问题是关于 a[0] 然后 a[i] 等 虽然您的观点确实考虑了 请务必考虑数据和指令的内存引用
@WeatherVane 这只是 OP 对空间局部性的解释，而不是问题。问题是关于空间和时间的局部性。
我在您输入时编辑了之前的评论。

标签： c cache-locality

【解决方案1】：

我不确定这段 sn-p 代码是如何在短时间内引用同一个位置的？

正如已经评论的那样，变量i 被频繁访问，在您的示例中采用以下代码行：

a[i] = b[i] + c[i];

在这个例子中，a、b 和c 都可能是指指向不同内存位置的数组类型（即使是连续的，仍然是不同的）；但是，变量i 每次被引用时读取，然后确定要引用的数组的位置。

这样想：

get i from memory and store value in register x.
get value of b + [value in register x] from memory, store in register b.
get i from memory and store value in register y
get value of c + [value in register y] from memory, store in register c.
get i from memory and store value in register z
add value of [register b] to value in [register c] and store in memory location a + [value in register z]

优化的编译器可能会看到这个时间局部性，而是执行类似于以下的操作：

get i from memory and store value in register i.
get value of b + [value in register i] from memory, store in register b.
get value of c + [value in register i] from memory, store in register c.
add value of [register b] to value in [register c] and store in memory location a + [value in register i]

i 正是通过这种方式在相邻引用之间建立了时间上的接近。

希望能帮到你。

【讨论】：

这是子问题，但如果这里没有编译器优化，你将如何优化 OP 代码以提高时间局部性？
@GRC 它取决于这种情况下的代码细节（特别是因为这只是一个学术问题），但我最有可能做的优化类似于以下内容：while (N-- >= 0) { *a++ = *b++ + *c++; } .. 但这对代码本身做出了某些假设。

【解决方案2】：

我不确定这个 sn-p 代码是如何引用同一个位置的在很短的时间内。

除了txtechhelp's answer，构成该for循环的指令也存储在内存中。这些指令每次执行时都会从内存/缓存中“获取”。由于这些指令中的每一个都在很短的时间内执行 N+1 次，这证明了时间局部性。

【讨论】：