c++ - 缓存、循环和性能

Question

前段时间写了一小段代码问面试题，看看大家对缓存和内存的概念是怎么理解的:

#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <iostream>

#define TOTAL 0x20000000

using namespace std;

__int64 count(int INNER, int OUTER)
{
    int a = 0;
    int* arr = (int*) HeapAlloc(GetProcessHeap(), 0, INNER * sizeof(int));
    if (!arr) {
        cerr << "HeapAlloc failed\n";
        return 1;
    }
    LARGE_INTEGER freq;
    LARGE_INTEGER startTime, endTime;
    __int64 elapsedTime, elapsedMilliseconds;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);
    QueryPerformanceCounter(&startTime);

    /* Начало работы */

    for (int i = 0; i < OUTER; i++) {
        for (int j = 0; j < INNER; j++) {
            a |= i;
            arr[j] = a;
        }
    }

    /* Конец работы */

    QueryPerformanceCounter(&endTime);
    elapsedTime = endTime.QuadPart - startTime.QuadPart;
    elapsedMilliseconds = (1000 * elapsedTime) / freq.QuadPart;
    HeapFree(GetProcessHeap(), 0, arr);
    return elapsedMilliseconds;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    __int64 time;
    for (int INNER = 0x10; INNER <= 0x2000000; INNER <<= 1) {
        int OUTER = TOTAL / INNER;
        time = count(INNER, OUTER);
        cout << INNER << "\t" << OUTER << "\t" << time << "\n";
    }
}

这就是它编译的结果(循环本身):

00401062  xor         ecx,ecx 
00401064  test        ebp,ebp 
00401066  jle         count+83h (401083h) 
00401068  xor         eax,eax 
0040106A  test        ebx,ebx 
0040106C  jle         count+7Ch (40107Ch) 
0040106E  mov         edi,edi 
00401070  or          esi,ecx 
00401072  mov         dword ptr [edi+eax*4],esi 
00401075  add         eax,1 
00401078  cmp         eax,ebx 
0040107A  jl          count+70h (401070h) 
0040107C  add         ecx,1 
0040107F  cmp         ecx,ebp 
00401081  jl          count+68h (401068h) 

这就是程序在我的机器上输出的内容:

---

LOG2(INNER) LOG2(OUTER)  Time, ms
4           25           523
5           24           569
6           23           441
7           22           400
8           21           367
9           20           358
10          19           349
11          18           364
12          17           378
13          16           384
14          15           357
15          14           377
16          13           379
17          12           390
18          11           386
19          10           419
20          9            995
21          8            1,015
22          7            1,038
23          6            1,071
24          5            1,082
25          4            1,119

---

我要求人们解释发生了什么。随着内部数组的增长，循环次数随着时间的推移而减少。随着内部数组的增长超过缓存，缓存未命中开始发生并且时间增加。到目前为止一切正常。

但是:当 INNER 数组大小为 16(这为我们提供了 64 字节的数据)时，性能提升很少，尽管 的数量更多jmps 在代码中。它很小(523 对 569)，但可重现。

问题是:为什么会有这种提升？

Answer 1

可能是因为 64 是您机器上的缓存行大小，您基本上完全从单个缓存行运行每次迭代。