c++ - 从数组中检索值并保存在临时变量中是否比仅访问数组更快？

Question

我需要为 Raspberry Pi 编写一个高度优化的程序。 75% 的 OCed CPU(总共 900 Mhz)已被使用，我的代码可能不是最终的代码。

程序需要在循环中多次访问数组中的相同数据。我知道提取值并将其放入临时变量中更具可读性。但它会加快处理速度/减少 CPU 查找时间吗？

如果有什么改变的话，我将直接在 Raspberry Pi(型号 B)上进行编译和构建。该项目使用基于内核 3.2.27 的自定义 Linux 分支。 Gcc/g++ 信息(相同结果):

$ gcc -v
[...]
Thread model: posix
gcc version 4.6.3 (Debian 4.6.3-14+rpi1)

Answer 1

首先，一个巨大的警告。

No bottleneck yet, it is still WIP, but I want to avoid bottlenecks early in the process so I don't have to weed them out in deploy stage/after code has been deployed. And it doesn't hurt to optimize code or expanding knowledge anyways.

优化代码肯定会造成伤害。你所做的就是“过早优化”。性能当然是一个代码指标，有时甚至是最重要的。然而，针对性能进行优化的代码往往会降低构成“好代码”的几乎所有其他指标:可理解性、可移植性、可维护性、可测试性等。在知道需要这样做之前不要进行优化。

您还在这里询问一个小的优化。更大的一个:假设您的算法是 O(N²)，并且文献中有一个 O(N*log(N)) 算法可以完成完全相同的操作。您可以将 O(N²) 优化到完全不可读、不可维护、不可测试的状态，并且只能看到性能的微小提升。或者您可以切换到 O(N*log(N)) 算法并拥有干净、可维护的代码。

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也就是说，是的，将内容放入局部变量中会有所帮助，但也可能会造成伤害。有时，编译器会将这些多个数组访问优化为编译器发明的临时变量。如果是这样的话，这些局部变量只是噪音，很可能会混淆编译器并使生成的代码变慢。

有时编译器不会优化这些多个数组访问。当它不会优化这些访问时，将内容存储到局部变量中会有所帮助。不要再猜测编译器。看看它在做什么。

还有另一种使用局部变量的途径。阻止编译器优化对同一数组元素的多次访问的原因之一是使用多个指针。编译器不知道 foo[index1] 是否与 bar[index2] 指向内存中的同一位置。假设您在访问 foo[index1] 之间写入 bar[index2]。编译器无法优化对 foo[index1] 的第二次访问，因为该值可能已更改。

如果有一种方法能够以某种方式向编译器保证，foo 指向的内存没有任何别名，那就太好了。 C 标准提供了 restrict 关键字来做到这一点。如果这是 C，您可以使用 restrict 限定 foo，从而使编译器能够优化对 foo[index1] 的多次访问合二为一。

一个小问题:C++ 中还没有 restrict 关键字。但是，gcc(还有 clang)提供了 __restrict__ 关键字来执行相同的操作。