为什么在 for 循环中引用全局变量要慢得多？答案

【问题标题】：Why it is significantly slower to reference global variables in a for loop?为什么在 for 循环中引用全局变量要慢得多？
【发布时间】：2020-10-21 01:16:07
【问题描述】：

我正在读一本书，它说使用局部变量来消除不必要的内存引用。比如下面的代码效率不是很高：

int gsum;  //global sum variable
void foo(int num) {
    for (int i = 0; i < num; i++) {
       gsum += i;
    }
}

下面的代码效率更高：

void foo(int num) {
    int fsum;
    for (int i = 0; i < num; i++) {
       fsum += i;
    }
    gsum = fsum;
}

我知道第二种情况使用存储在寄存器中的局部变量。这就是为什么它要快一点，而在第一种情况下，gsum 必须从主内存中检索太多次。

但我还有疑问：

Q1- gcc 编译器是否不够聪明，无法检测到它并隐式使用寄存器来存储全局变量，以便后续引用将完全像第二种情况一样使用该寄存器？

Q2- 如果由于某种原因编译器无法优化，那么我们仍然有缓存。从缓存中引用全局变量仍然非常快，但我看到一些使用局部变量的程序比引用全局变量的程序快 10 倍。这是为什么呢？

【问题讨论】：

查看what actually happens。生成的代码本质上是if (num > 0) gsum += num * num;，根本没有循环。请注意，如果num 为负数，则行为未定义，因为必须发生整数溢出，因此编译器可以在这种情况下为所欲为（这里，什么都没有）。
在那个例子中，gcc实际上是gsum += num * (num - 1) + num;，原因我不明白。铿锵不会那样做。可能只是错过了优化（或者可能是未错过的悲观化）。
但是把它改成this 这样的东西，这不是很容易用封闭的形式表达的，你会看到编译器完全按照你的建议做。该值在整个循环中保存在一个寄存器中，并且只在最后存储回来。
一个更棘手的情况是，如果您在循环中调用（非内联）函数。编译器无法知道函数是否访问全局变量，因此它必须在每次函数调用时存储并重新加载它。如果您知道这不会发生，那么使用局部变量可能会有所帮助。
第二个版本使用一个未初始化的fsum，设置它为0 或gsum 全局变量保证为0 局部不是。

标签： c

【解决方案1】：

Q1：其他函数可能需要该寄存器，这些函数将在后续调用foo 之间调用。这意味着每当调用此函数时，gsum 都需要穿梭进出寄存器。

Q2：包含gsum 的页面可能会在缓存中停留一段时间。但是，根据您的计算机正在执行的其他操作，该页面可能会被写入交换空间，以便为其他页面腾出内存空间。

【讨论】：