为什么我的循环在处理 8192 个元素时很慢？

为什么在循环 8192 个元素时性能会下降

当循环 8192 个元素时，程序会遇到明显的减速。这是由于内存对齐问题造成的，低效的循环结构加剧了这一问题。

内存对齐

现代处理器利用缓存层次结构来提高数据访问速度。对齐的内存访问（其中数据存储在缓存行大小的倍数的地址处）允许更快的数据检索。但是，在本例中，SIZE 参数定义为 8192，它不是缓存行大小（通常为 64 字节）的倍数。这种不对齐会减慢内存访问操作。

循环排序

循环的排序使内存对齐问题更加复杂。原始代码按列迭代矩阵，导致非顺序内存访问。这迫使处理器以较慢的速度从内存中随机检索数据。

解决方案

有两种可能的解决方案：

1. 对齐内存：将 SIZE 重新定义为缓存行大小的倍数（例如 8192 64).
2. 交换循环排序：不是按列迭代，而是按行迭代矩阵。这使内存访问与缓存行组织保持一致，从而实现更快、更高效的数据检索。

通过交换代码中的循环顺序，消除了性能瓶颈。

示例

以下代码说明了修复：

for(j=1;j<SIZE-1;j++) {
    for(i=1;i<SIZE-1;i++) {
        res[j][i]=0;
        res[j][i] += img[j-1][i-1];
        ...
    }
}

性能对比

应用修复后，性能显着提升：

原始代码：

SIZE = 8191: 1.499 seconds
SIZE = 8192: 2.122 seconds
SIZE = 8193: 1.582 seconds

固定代码：

SIZE = 8191: 0.376 seconds
SIZE = 8192: 0.357 seconds
SIZE = 8193: 0.351 seconds

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