全局变量在 C 中的紧密循环内读取

Question

假设我在 C 中有一个紧密循环，在其中我使用全局变量的值来进行一些算术运算，例如

double c;
// ... initialize c somehow ...

double f(double*a, int n) {
  double sum = 0.0;
  int i;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    sum += a[i]*c;
  }
  return sum;
}

使用c 全局变量。 c 在每次循环迭代中是否“从全局范围重新读取”​​？毕竟，它可能已经被其他一些执行其他功能的线程改变了，对吧？因此，通过在循环之前获取c 的本地（函数堆栈）副本并仅使用此副本，代码会更快吗？

double f(double*a, int n) {
  double sum = 0.0;
  int i;
  double c_cp = c;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    sum += a[i]*c_cp;
  }
  return sum;
}

虽然我没有指定c 是如何初始化的，但我们假设它以某种方式完成，使得在编译时该值是未知的。此外，c 在整个运行时实际上是一个常量，即我作为程序员知道它的值不会改变。我可以让编译器了解这些信息吗，例如在全局范围内使用static double c？这会改变a[i]*c 与a[i]*c_cp 的问题吗？

我自己的研究

• 阅读例如this 的“全局变量”部分，很明显，获取全局变量的本地副本是可行的方法。但是，他们想更新全局变量的值，而我只想读取它的值。
• 使用godbolt 我没有注意到c 与c_cp 和double c 与static double c 的程序集有任何真正的区别。

Answer 1

任何相当聪明的编译器都会优化您的代码，使其表现得像您的第二个代码 sn-p。使用 static 不会有太大变化，但如果您想确保每次迭代都读取，请使用 volatile。

关于来自不同线程的更改的要点很好。就单线程执行而言，编译器将保持代码的完整性。这意味着它可以重新排序您的代码、跳过某些内容、添加一些内容——只要最终结果仍然相同。

对于多个线程，您的工作是确保事情仍然以特定的顺序发生，而不仅仅是最终结果是正确的。确保是内存屏障的方法。这是一个有趣的话题，但最好避免阅读，除非您是专家。

Answer 2

一旦将所有内容转换为机器代码，您将不会有任何区别。如果 c 是全局的，对 c 的任何访问都将引用 c 的地址，或者很可能在紧密循环中 c 将保存在寄存器中，或者在最坏的情况下保存在 L1 缓存中。

在 Linux 机器上，您可以轻松生成程序集并检查生成的代码。

您还可以运行基准测试。