C for 循环优化

Question

我正在尝试学习如何优化我的 c 代码，所以我在互联网上找到了一些文章并重新制作了我的函数，以便它可以更快地执行。当我在没有优化标志的情况下编译它时它可以工作（第二个函数比第一个函数快大约 12%），但是当我将它与 gcc -O3 一起使用时，第二个函数要慢得多（大约 50%）。你知道这是为什么吗？ 感谢您的帮助。

第一个函数：

typedef struct {
    double *data;
    int rows;
    int columns;
} Matrix;

Matrix *matrixMultiplication(Matrix *a, Matrix *b) {
    if(a->columns != b->rows)
        return NULL;
    Matrix *matrix = createMatrix(a->rows, b->columns);
    set(0, matrix);
    for(int i = 0; i < matrix->rows; i++) {
        for(int j = 0; j < a->columns; j++) {
            for(int k = 0; k < b->columns; k++) {
                matrix->data[i * matrix->columns + k] += a->data[i * a->columns + j] * b->data[j * b->columns + k];
            }
        }
    }
    return matrix;
}

第二个功能：

typedef struct {
    float *data;
    unsigned int rows;
    unsigned int columns;
} Matrix_2;

unsigned int matrixMultiplication_2(Matrix_2 *a, Matrix_2 *b, Matrix_2 **c) {
    Matrix_2 *matrix;
    if(a->columns != b->rows)
        return 0;
    createMatrix_2(a->rows, b->columns, &matrix);
    set_2(0, matrix);
    for(unsigned int i = matrix->rows; i--;) {
        for(unsigned int j = a->columns; j--;) {
            for(unsigned int k = b->columns; k--;) {
                matrix->data[i * matrix->columns + k] += a->data[i * a->columns + j] * b->data[j * b->columns + k];
            }
        }
    }
    *c = matrix;
    return 1;
}

Answer 1

这是因为编译器优化是基于模式识别。您的编译器知道大量典型的代码模式，并且知道如何转换它们以产生更快的代码。然而，虽然这个代码模式库非常广泛，但它是有限的。

第一个函数使用规范的for(int i = 0; i < count; i++) 循环控制。你可以打赌，任何值得一提的编译器都有这样的模式，为循环控制产生接近最优的代码。

第二个函数使用了人类代码中很少见的模式。虽然我个人喜欢这种简洁的模式，但有许多程序员发现它太神秘而无法使用。显然，您的编译器没有为此提供优化器模式，因此生成的代码没有得到完全优化。

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当 C 仍然只是一个高级汇编程序时，像用 for(int i = count; i--;) 替换 for(int i = 0; i < count; i++) 这样的优化很有用。但是编译器优化长期以来将代码翻译变成了一个过于复杂的野兽，无法通过这些技巧进行优化。今天，大多数优化都需要在算法级别上完成。翻译级别的优化通常应该留给编译器，并通过编写编译器可以优化的规范代码来促进。