另一个二维数组分配问题 c#答案

【问题标题】：Another 2 Dimensional Array Allocation Problem c#另一个二维数组分配问题 c#
【发布时间】：2011-05-22 15:12:08
【问题描述】：

我想弄清楚为什么“选择 A”比“选择 B”表现更好。我的测试显示类似 228 与 830 或差不多，这就像 4 倍的差异。看着 IL，未经训练的眼睛无法分辨出两个电话之间的细微差别。

谢谢你，斯蒂芬

const int SIZE = 10000;
void Main()
{
    var sw = Stopwatch.StartNew();

    int[,]A = new int[SIZE, SIZE];
    int total, x, y;

    // Choice A
    total = 0;
    for (x = 0; x < SIZE; x++)
    {
        for (y = 0; y < SIZE; y++)
        {
            total += A[x, y];
        }
    }

    Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

    sw.Reset();
    sw.Start();

    // Choice B
    total = 0;
    for (y = 0; y < SIZE; y++)
    {
        for (x = 0; x < SIZE; x++)
        {
            total += A[x, y];
        }
    }

    Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
}

// Define other methods and classes here

好的，我打破了这一点，以便它们彼此独立运行并减轻任何缓存和/或诊断...并且 B 总是落后于 A

namespace ConsoleApplication1
{
    class ProgramA
    {
        const int SIZE = 10000;
        static void Main(string[] args)
        {
            var sw = Stopwatch.StartNew();

            int[,] A = new int[SIZE, SIZE];
            int total, x, y;

            // Choice A
            total = 0;
            for (x = 0; x < SIZE; x++)
            {
                for (y = 0; y < SIZE; y++)
                {
                    total += A[x, y];
                }
            }

            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
            Console.ReadLine();
        }
    }

    class ProgramB
    {
        const int SIZE = 10000;
        static void Main(string[] args)
        {
            var sw = Stopwatch.StartNew();

            int[,] A = new int[SIZE, SIZE];
            int total, x, y;

            // Choice B
            total = 0;
            for (y = 0; y < SIZE; y++)
            {
                for (x = 0; x < SIZE; x++)
                {
                    total += A[x, y];
                }
            }

            Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

【问题讨论】：

我认为检测代码有点可疑，但我会希望 A 性能更好，因为它对缓存更友好。 stackoverflow.com/questions/763262/cache-efficient-code/…
在我的机器上运行相同的代码示例。选项 B 仅比选项 A 稍慢。选项 A = 1563 毫秒选项 B = 2121 毫秒
哦，伙计，我几年前就看到过这个问题，但我不记得答案了。我认为这是因为第二个在每次迭代时都会创建一个新维度，而第一个已经有了第一个维度。
@Joseph：这两个选项之间的差异幅度可能与处理器高度相关。
@Phill：this 可能是您正在寻找的类似问题吗？和this 博客条目作为该帖子的反映。尽管在我看来，该示例表明选择 B 应该更快...

标签： c# arrays

【解决方案1】：

据推测，缓存效果将是这里的主要影响。

一个二维数组在内存中的布局如下：

(0, 0) (0, 1) (0, 2) (0, 3) (1, 0) (1, 1) (1, 2) ...

在选项 A 中，您正在访问内存中的连续元素 - 这意味着当 CPU 获取高速缓存行时，它会获取多个连续元素。虽然选项B通过内存跳跃。因此，一旦数组变得大于缓存大小，选项 B 需要显着更多的内存访问。

【讨论】：

尺寸是通过指定 [SIZE, SIZE] 来预先确定的，不是吗？
但是缓存的大小从一个 CPU 变化到另一个。 IE。我的 1Mb 缓存差异约为 8 倍（350 与 2888 毫秒）。

【解决方案2】：

啊，我想我记得了。

如果您将二维数组视为内存中的一张表，则第一个值是行，第二个值是列。

[0, 0] [0, 1] [0, 2] [0, 3]... [1, 0] [1, 1] [1, 2] [1, 3]...

当你迭代它时，第一个循环是行，第二个循环是列。通过执行 foreach 行，分配每一列来进行迭代更快。

在第二种情况下，它的值被分配为

[0, 0] [1, 0] [2, 0] [3, 0]... [0, 1] [1, 1] [2, 1] [3, 1]...

所以这比较慢，因为你的循环，你分配 foreach 列，foreach 行。您只为每一行分配第一列。

这有意义吗？

编辑：这是我一直在寻找的东西之一：

http://en.wikipedia.org/wiki/Row-major_order

在行优先存储中，一个线性多维数组内存被访问，使得行一个接一个地存储。

因此，当一次迭代一行时，它不会在内存中跳转，寻找下一行以将值分配给该列，它拥有该行，分配所有列，然后跳转到内存中的下一行。

【讨论】：

【解决方案3】：

扩展缓存答案：

有问题的值是每个 4 字节，假设一个正确填充的主板，IIRC 当前的内存架构从内存中读取 16 字节的行。（我不了解 DDR3，它的三芯片特性表明读取量更大。）因此，当您读取一行内存时，您会得到 4 个值。

当您以第一种方式执行此操作时，您会使用所有这些值，然后再返回到下一行的内存。第二种方式你只使用其中一个，然后在再次调用它之前很久就从片上缓存中刷新。

【讨论】：