ANSI C 中的索引内存指针数组与间接整数索引数组

Question

声明

a[i] += a[j] * a[k];

将在一个可能被执行数千到数百万次的循环中执行数千次。索引i、j和k，代表随机访问a中的条目，可以通过语句设置

i = i_index[l];
j = j_index[l];
k = k_index[l];

其中l 是for 循环的索引。整数数组i_index、j_index和k_index在程序开始时设置，可能会偶尔更改。

内存指针数组是另一种选择。例如

*ap1[l] += *ap2[l] * (*ap3[l]);

其中内存指针数组ap1、ap2和ap3被预先设置为指向最初由i_index、j_index和k_index数组标识的位置。它们也可能偶尔更改。

第一种方法看起来比第二种方法更简洁，但它似乎更慢，除非有某种方法可以向编译器提供额外的信息。 XCode 中的 GCC 编译器似乎无法提前发现 i_index、j_index 和 k_index 或 ap1、ap2 和 ap3 大部分时间是不变的。有什么方法可以提醒 gcc 编译器以提高性能？

Answer 1

您不太可能找到让编译器有效地缓存您在第二版代码中明确计算并保存的第一版代码中的指针值的选项。这是因为编译器需要发出代码来生成和保存一个非常大的数据结构来缓存这些值，这不是典型的编译器行为。

但是，根据您所针对的架构，这可能无关紧要。许多架构都有“间接基址+索引”寻址模式，这将用于访问a[i] += a[j] * a[k]; 中的a，并且在现代内核上，与普通的“间接”寻址相比，它们不会有任何性能损失模式（即 - 一条指令将 i 乘以 a[0] 的大小，将其添加到 a 的基地址并取消引用结果）。了解您的目标架构并查看。

可能可以很好地改进任何一个版本的事情是使用structs 的数组而不是三个单独的数组，以便@987654327 的每个值需要三个值@ 在内存中连续保存：

i = index[l].i;
j = index[l].j;
k = index[l].k;

或

*ap[l].i += *ap[l].j * *ap[l].k;

这意味着您的代码正在通过index 或ap 数组进行一次线性遍历，而不是同时进行三个线性遍历，这应该有助于预取器识别您在做什么。