C 中的循环优化

Question

我的任务是优化 C 中的特定 for 循环。这是循环：

#define ARRAY_SIZE 10000
#define N_TIMES    600000

for (i = 0; i < N_TIMES; i++)
{
    int j;

    for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++)
    {
        sum += array[j];
    }
}

我应该使用循环展开、循环拆分和指针来加快速度，但每次我尝试实现某些东西时，程序都不会返回。到目前为止，这是我尝试过的：

for (i = 0; i < N_TIMES; i++) 
{
    int j,k;

    for (j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) 
    {    
        for (k = 0; k < 100; k += 2) 
        {
            sum += array[k];
            sum += array[k + 1];
        }
    } 
}

我不明白为什么程序现在甚至没有返回。任何帮助将不胜感激。

Answer 1

第二段代码效率低下和错误，因为它比原始代码增加了更多的值。

循环展开（或在这种情况下减少，因为您可能不想展开一万次迭代循环）将是：

// Ensure ARRAY_SIZE is a multiple of two before trying this.
for (int i = 0; i < N_TIMES; i++)
    for (int j = 0; j < ARRAY_SIZE; j += 2)
        sum += array[j] + array[j+1];

但是，老实说，愚蠢的编译器时代早已一去不复返了。您通常应该将这一级别的微优化留给您的编译器，而您则专注于更高级的东西，例如数据结构、算法和人工分析。

最后一个相当重要。由于您将相同的数组添加到累积和的次数为常数，因此您只需要数组的总和一次， 然后您可以根据需要多次添加该部分总和：

int temp = 0;
for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++)
    temp += array[i];
sum += temp * N_TIMES;

它仍然是O(n)，但在n 上的乘数要低得多（一个而不是六十万）。 可能 gcc 的疯狂优化级别-O3 可以解决这个问题，但我对此表示怀疑。人脑在很多领域仍然可以胜过计算机。

现在，无论如何:-)

Answer 2

您的程序没有任何问题...它会返回。它只需要比第一个多 50 倍...

第一次你有 2 个 fors：600.000 * 10.000 = 6.000.000.000 次迭代。

第二个你有 3 个 fors：600.000 * 10.000 * 50 = 300.000.000.000 次迭代...

Answer 3

循环展开不会加快循环速度，而是减慢循环速度。在过去，它通过减少条件评估的数量给你一个减速带。在现代，它通过杀死缓存来减慢你的速度。

这里没有明显的循环拆分用例。要拆分循环，您需要在迭代中寻找两个或更多明显的分组。在一段时间内，您可以将array[j] 乘以i，而不是执行外部循环并声称您已将内部与外部分开，然后将外部视为无用而丢弃。

C 数组索引语法只是定义为指针算术（一种特殊的语法）。但我想你会想要这样的东西：

sum += *arrayPointer++;

代替您使用j，并适当地初始化事物。但我怀疑你会从中得到什么。

根据 cmets，如果这是现实生活，那么您只需让编译器弄清楚这些东西。