优化For循环（转自CSDN）

对于计算机缓存来说，我们都知道他是高速但是昂贵的（难道在跑车开几个洞就不昂贵了吗，是不是很像？），对于缓存优化，我们紧紧介绍L1缓存的优化（如果你会好好利用，它足以让你的程序运行时间降低很多）。

 

什么是L1缓存，在计算机CPU中，我们为了提高程序的执行效率和CPU加载相关代码和数据的速度所加入的一种存储设备，当然，一般CPU会有L2 缓存，甚至是L3缓存，很多人的电脑L1缓存的一行只能放入16个字节，就是只能放入4个整数型数据（gcc 4.4版本，32位计算机，酷睿2双核，2.0G赫兹处理速度），可以把计算机L1缓存看成一个二维矩阵，写个程序给你看看吧！

#include <stdio.h>
int main()
{
 int array[4][4];
 int i,j;
 for(i=0;i<4;i++)
  for(j=0;j<4;j++)
   array[i][j]=0;
 return 0;
}

#include <stdio.h> int main() { int array[4][4]; int i,j; for(i=0;i<4;i++) for(j=0;j<4;j++) array[i][j]=0; return 0; }

 

#include <stdio.h>
int main()
{
 int array[4][4];
 int i,j;
 for(i=0;i<4;i++)
  for(j=0;j<4;j++)
   array[j][i]=0;
 return 0;
}

#include <stdio.h> int main() { int array[4][4]; int i,j; for(i=0;i<4;i++) for(j=0;j<4;j++) array[j][i]=0; return 0; }

 

我们比较着两个程序，当然，你运行时发现不了谁对谁快，但是，我慢慢给你说，这只是一个例子，上面的程序是先按照行，再按照列输出的，我们叫程序 1，下面的是先输出列，在输出行，我们叫程序2。我告诉过你们，你们可以把这个缓存想象成一个n×4的矩阵，然后我们就在把我们的程序所用到的数据加载到 L1中去。作为一个程序员，我们要知道，程序是局部存储原理，就是，我们把相似的数据存放在一起，这也就是为什么C语言会有这么多不同的段，什么BSS 啦，什么data啦，等等，我们也把经常访问的数据段放在一起，因为程序都是以“块”的形式来存取的，这就是为什么硬盘读取一般都是4K的页？同样，内存给缓存还是以这样的块来读取的，只不过一个块的大小逐渐降低，具体怎么递减，别问我，我也不知道！

好了，我告诉这两个程序的效率吧，假设我们的L1缓存时一个类似的2×4的矩阵（实际没这么小，为了举例子方便），我们看第一个程序，首先，我们先加载array[0][0]，在每次加载的时候，我们都会检查我们的缓存中是不是有我们需要的数据，当然，我们第一次加载我们所要的数据，我们的缓存中当然没有我们要的数据了，第一次加载我们把array[0][0]，array[0][1]，array[0][2]，array[0][3]这四个缓存数组加载到需要加载的缓存行，也就是第一行或者第二行，怎么加载的，在Linux中，是有一个时间限制的和引用次数来双重决定的，我们并不讨论这个问题，我们假设加载到第一行上，就这四个数据，然后我们的程序1接着访问array[0][1]，检查在缓存中有我们要的数据，我们就不用在加载了，直接给寄存器就好了，当到了array[1][0]时，没有我们要的数据，我们就再把它加载到第二行中去，是array[1][0]，array[1] [1]，array[1][2]，array[1][3]这四个数据，访问完了这四个数据时，我们再接着访问array[2][0]，缓存中还是没有，我们就把它加载打第一行中去，这样，我们一共就加载了4次数据。

但是程序2就不是这样了，我们先访问array[0][0]，没有，照样我们加载到缓存行1中，当然，计算机还是加载array[0] [0]，array[0][1]，array[0][2]，array[0][3]，但是，我们接着就访问array[1][0]，缓存中没有，我们就在加载array[1][0]，array[1][1]，array[1][2]，array[1][3]这四个数据到缓存行2中去，然后在访问 array[3][0]，还是没有，在加载，以此类推，我们加载了一共4×4次数据，效率怎么样，我就用告诉你：我曾问大师，汽车提高速度的瓶颈是什么？大师说：瞬间燃烧的汽油量和热量的利用率。我默然低下头，那么计算机的瓶颈就是能不能大规模的提取我要的数据和IO操作的效率。

当然实际上我们的缓存L1一般是没这么小的，但是你看这个程序：

 

#include <stdio.h>
int main()
{
 int i,j;
 int array1[256][256];
 int array2[256][256];
 for(i=0;i<256;i++)
  for(j=0;j<256;j++)
   array1[i][j]=array2[i][j];
 return 0;
}

#include <stdio.h> int main() { int i,j; int array1[256][256]; int array2[256][256]; for(i=0;i<256;i++) for(j=0;j<256;j++) array1[i][j]=array2[i][j]; return 0; } 

 

我们得加载两个数组，每个数组的大小是256×256，这个超过L1缓存的大小，效率就显现出来了！要不你写成这样试试：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int i,j;
 int array1[256][256];
 int array2[256][256];
 for(i=0;i<256;i++)
  for(j=0;j<256;j++)
   array1[j][i]=array2[j][i];
 return 0;
}

#include <stdio.h> int main() { int i,j; int array1[256][256]; int array2[256][256]; for(i=0;i<256;i++) for(j=0;j<256;j++) array1[j][i]=array2[j][i]; return 0; }

 

运行时加上系统API函数的时间函数，读者自己实验看看！

关于L1缓存的大小，每个CPU不同，这个也是不同的，所以不敢妄加告诉大家。

结尾话：

贝多芬说，音乐家是离上帝最近的人，其实他漏掉了另一种——程序员，为什么你没成为计算机中“贝多芬”？原因很简单，贝多芬曾因为弹钢琴她的手指缝发热而不得不用水浸湿后再弹。写程序一个道理。多余话不说。