请优化（不是并行化，而是从cache、函数调用开销、编译等方面优化）下面的串行程序，测试每个优化措施的效果。用Linux环境，编译器不限（gcc，icc等都可以）。以报告形式上传。 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define M 1500 #define NM 2000 #define N 2500 void generate_matrix(double *A, long m, long n) { long i, j; for (i=0; i<m; i++) for (j=0; j<n; j++) { A[i*n + j] = rand()/(RAND_MAX+1.0); //0 - 1 A[i*n + j] = 2*A[i*n + j] - 1; //-1 - +1 } } double handle_data(double data) { return sqrt(fabs(data)); } void handle_matrix(double *A, double *B, double *C, long m, long nm, long n) { long i, j, k; double s; for (i=0; i<m; i++) { for (j=0; j<n; j++) { s = 0; for (k=0; k<nm; k++) s += A[i*nm + k] * B[k*n + j]; C[i*n + j] = handle_data(s); } } } double sum_matrix(double *A, long m, long n) { long i, j; double s = 0; for (i=0; i<m; i++) for (j=0; j<n; j++) s += A[i*n + j]; return s; } int main() { double *A = (double *)malloc(M * NM * sizeof(double)); double *B = (double *)malloc(NM * N * sizeof(double)); double *C = (double *)malloc(M * N * sizeof(double)); generate_matrix(A, M, NM); generate_matrix(B, NM, N); struct timeval begin_time, end_time; double run_time_ms; gettimeofday(&begin_time); handle_matrix(A, B, C, M, NM, N); gettimeofday(&end_time); run_time_ms = (end_time.tv_sec - begin_time.tv_sec)*1000 + (end_time.tv_usec - begin_time.tv_usec)*1.0/1000; printf("run_time = %lfms\n", run_time_ms); printf("Sum = %.4f\n", sum_matrix(C, M, N)); free(A); free(B); free(C); return 0; }

首先，需要分析程序的瓶颈所在，确定需要优化的方向。常见的优化方向包括以下几个方面：

1. 缓存优化：尽量避免缓存未命中，尽量利用CPU的缓存。可以通过改变数据结构布局，使得数据在内存中的位置更加紧凑，提高数据的局部性，减少缓存未命中率。

2. 函数调用开销优化：尽量减少函数调用的次数。可以将一些简单的函数内联，避免额外的函数调用开销。

3. 编译优化：使用编译器提供的优化选项，如-O2、-O3等。同时，可以使用编译器提供的profile工具，分析程序的热点函数，优化热点函数的性能。

4. 并行化优化：使用多线程或者多进程并行化程序，充分利用多核CPU的性能。

针对不同的优化方向，可以采取以下措施：

1. 缓存优化：可以使用结构体代替数组，将数据紧凑的存储在内存中；使用循环展开，减少缓存未命中率。

2. 函数调用开销优化：可以使用宏或者内联函数代替函数调用，减少函数调用的开销。

3. 编译优化：使用编译器提供的优化选项，如-O2、-O3等，优化编译器生成的代码；使用profile工具分析程序的热点函数，优化热点函数的性能。

4. 并行化优化：使用多线程或者多进程并行化程序，充分利用多核CPU的性能。可以使用OpenMP或者MPI等并行编程框架。

在优化程序时，需要注意以下几个问题：

1. 优化不是万能的，需要根据具体情况进行选择。

2. 优化需要权衡，可能会牺牲代码的可读性、可维护性等方面的因素。

3. 优化需要测试，需要对每个优化措施进行测试，确定其对程序性能的影响。

4. 优化需要持续进行，程序的优化是一个持续的过程，需要不断地寻找新的优化方案。

最后，需要注意在优化程序时，需要遵循代码规范，保证代码的可读性和可维护性。同时，需要注重程序的正确性，避免因为优化而引入新的bug。