使用循环展开优化程序性能

时间：2010-09-18 来源：zyd_cu

循环展开就是通过在每次迭代中执行更多的数据操作来减小循环开销的影响。其基本思想是设法把操作对象线性化，并且在一次迭代中访问线性数据中的一小组而非单独的某个。这种思想主要适用于计算循环索引和测试循环条件的开销部分所占比重过大（相对于循环体内执行的指令而言），连续执行一组相同的指令，能提高指令的cache命中率，如下例所示，对LoopTest的一片存储空间进行初始化，分别测试普通循环，和8个一组的展开循环的性能，所用时间与循环次数间的关系如下如下：(clocks/sec = 1000000)

	8000	80000	800000	8000000	80000000
loop_time	10000	10000	20000	210000	2140000
extend_loop_time	0	0	10000	30000	390000

从以上的数据可以看出，但循环长度很小时，是否展开循环影响很小，随着循环长度增加，两者的差别越来越大，接近展开级别（这里8个一组展开，时间差别有7倍左右）。

测试代码如下：（Fedora 11，虚拟机环境）

#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;

class LoopTest {
public:
    LoopTest(unsigned long size)
    {
        loopSize = size - size%8;
        array = new int[loopSize];
    }
    ~LoopTest()
    {
        delete []array;
    }
    unsigned long loop_time();
    unsigned long extend_loop_time();
private:
    unsigned long loopSize;
    int *array;
};

unsigned long LoopTest::loop_time()
{
    unsigned long start, end;
    unsigned long i;
    start = clock();
    for(i = 0; i < loopSize; i++) {
        array[i] = 1;
    }
    end = clock();
    return end - start;
}

unsigned long LoopTest::extend_loop_time()
{
    unsigned long start, end;
    unsigned long i;
    start = clock();
    for(i = 0; i < loopSize/8; i++) {
        array[i*8+0] = 2;
        array[i*8+1] = 2;
        array[i*8+2] = 2;
        array[i*8+3] = 2;
        array[i*8+4] = 2;
        array[i*8+5] = 2;
        array[i*8+6] = 2;
        array[i*8+7] = 2;
    }
    end = clock();
    return end - start;
}

int main()
{
    LoopTest *lt = new LoopTest(8000000);
    unsigned long t1 = lt->loop_time();
    unsigned long t2 = lt->extend_loop_time();
    cout << "clocks/sec = " << CLOCKS_PER_SEC << endl;
    cout << t1 << endl;
    cout << t2 << endl;
    return 0;
}