扫描结构嵌套数组的有效方法答案

【问题标题】：Efficient way to scan struct nested arrays扫描结构嵌套数组的有效方法
【发布时间】：2023-03-30 20:29:01
【问题描述】：

我有一个包含多个数组成员的结构：

typedef myData someStruct {
    uint16_t array1 [ARRAY_LENGTH]
    uint16_t array2 [ARRAY_LENGTH]
} myData;
myData testData = {0};  // Global struct

在我的程序中的某个时刻，我需要将数组设置为一组预定义的值，例如，将 array1 设置为全 0，将 array2 设置为全 0xFF，等等。我的第一直觉是写出一个 for 循环，例如：

void someFunction (myData * test) {
    for (uint16_t i = 0; i < ARRAY_LENGTH; ++i) {
        test->array1[i] = 0xFF;
        test->array2[i] = 0xCC;
    }
}

然后我推断程序执行此操作所需的操作类似于：

load address of array1 first position
set value 0xFF;
load far address of array2 first postion
set value 0xCC;
load far address of array1 second position
set value 0xFF;
// and so on...

然而，如果我为每个数组使用单独的循环，地址会彼此更接近（因为数组和结构是连续存储的），所以地址每次只加载到下一个字节，使代码实际上更高效如下：

void someFunction (myData * test) {
    uint16_t i = 0;
    for (i; i < ARRAY_LENGTH; ++i)
        test->array1[i] = 0xFF;
    for (i = 0; i < ARRAY_LENGTH; ++i)
        test->array2[i] = 0xCC;
}

我的推理是否正确，第二个更好吗？此外，编译器（例如 gcc）通常能够自己进行这种优化吗？

【问题讨论】：

我假设数组在进程堆栈上
为什么不喜欢这样的memset memset(&mys.a,0xff,sizeof(mys.a)); memset(&mys.b,0xcc,sizeof(mys.b));
我的意思是：以下语句是否正确：“地址加载每次只到下一个字节，使代码实际上更高效如下”？ [我实际上不知道答案...我假设从特定地址读取内存值应该花费相同的时间，而与地址值无关]
@kripanand memset 将设置每个字节。他需要设置单词。
@Toby，那你为什么不能从一开始就正确初始化它们呢？

标签： c arrays for-loop performance

【解决方案1】：

这将取决于您的系统架构。例如，在 SPARC 系统上，高速缓存行大小为 64 字节，两个阵列都有足够的高速缓存插槽，因此第一个版本会很有效。第一个数组元素的加载将填充缓存，随后的加载将非常快。如果编译器足够聪明，它也可以使用预取。

在支持偏移寻址的 ISA 上，它实际上并不是每次都获取数组元素的地址，它只是增加一个偏移量。所以它只获取数组的基地址一次，然后使用带有基址和偏移量的加载指令。每次通过循环时，它都会增加寄存器中的偏移量。一些指令集甚至具有自增功能。

最好的办法是编写一个示例程序/函数，然后尝试一下。如此低级别的优化需要对 CPU/系统有透彻的了解，或者需要大量的反复试验。

【讨论】：

【解决方案2】：

我的谦虚建议：试试看。一个循环解决方案节省了围绕 i 的增量和测试的算术运算。两个循环可能会受益于更好的缓存优化，特别是如果数组与内存页面对齐。在这种情况下，每次访问都可能导致缓存未命中和缓存重新加载。就个人而言，如果速度真的很重要，我更喜欢两个循环，有些展开。

【讨论】：