C++性能剖析教程之循环展开_循环展开 - CSDN文库

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C++性能剖析教程之循环展开性能剖析教程之循环展开

什么是循环展开？什么是循环展开？

循环展开，英文中称Loop unwinding或loop unrolling，是一种牺牲程序的尺寸来加快程序的执行速度的优化方法。可以由程序

员完成，也可由编译器自动优化完成。循环展开最常用来降低循环开销，为具有多个功能单元的处理器提供指令级并行。也有

利于指令流水线的调度。

循环展开能从两方面改进程序的性能：循环展开能从两方面改进程序的性能：

减少了不直接有助于程序结果的操作的数量，例如循环索引计算和分支条件。

提供了一些方法，可以进一步变化代码，减少整个计算中关键路径上的操作数量。

循环展开对程序性能的影响循环展开对程序性能的影响

我们直接以实际代码向大家展示循环展开的作用，首先看未经过循环展开优化的代码：

#include <iostream>

#include <chrono>

int main(){

auto start = std::chrono::system_clock::now();

int sum = 0;

int count = 10000;

//循环10000次累加

for(int i = 0;i < count;i++){

sum += i;

}

auto end = std::chrono::system_clock::now();

std::chrono::duration<double> dura = end - start;

std::cout <<"共耗时："<< dura.count() << "s" << std::endl;

return 0;

}

类似于上面的这段代码是我们平常工作中经常见到的，函数目的就是求得1+2+……+9998+9999的累加和，每次循环把i累加

到sum变量上，循环次数一共10000次。代码运行结果如下：

可以看出代码运行耗时0.0000279秒。

下面我们将循环展开一次，即把上述代码中的循环改为如下代码：

for(int i = 0;i < count;i += 2){

sum += i;

sum += i+1;

}

即每次循环将i和i+1一起累加到sum变量上，这样可以把循环次数从10000次降低到5000次，由于CPU的高度流水线化，连续

两个加法指令增加耗时很低，所以此版本代码可以一定程度上提高程序运行速度，运行结果如下：

代码运行耗时0.0000159秒，相较于未优化代码速度快了将近一倍。

当然，我们可以继续增加循环展开次数以进一步提高程序运行速度，但是这个增加循环展开次数也是有限度的，当达到了

CPU的最高吞吐量之后，继续增加循环展开次数是没有意义的。

上述循环展开后的代码依然有进一步优化的空间，那就是消除连续指令的相关性，以达到指令级并行，我们可以看到循环展开

后的代码，循环体中有两条语句：sum += i 和 sum += i+1，第二条语句sum += i+1依赖于第一条命来sum += i的执行结果，

所以这两条语句只能依次执行，限制了CPU进一步提高性能的可能。如果我们将循环体改为如下代码：

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