CSAPP优化程序性能

优化程序性能

来源于CSAPP第五章

消除不必要的内存引用

//可以设计不同的数据类型来测量程序性能
typedef long data_t;
typedef struct
{
    long len;
    data_t *data;
} vec_rec, *vec_ptr;

//设计对数据执行不同的运算
#define IDENT 0  //求和，如果是求乘积设为1
#define OP +  //如果求乘积设为*

void combin3(vec_ptr v, data_t* dest)
{
    long i;
    long length = vec_length(v);  //减少循环中的函数调用
    data_t* data = get_vec_start(v);  //减少过程调用的优化

    *dest = IDENT;

    for(int i = 0; i < length; ++i)
    {
        *dest = *dest OP data[i];
    }
}

上述代码的汇编码如下：

# vmovsd代表从指定的位置读数据
.L17:                    # loop:
vmovsd  (%rbx), %xmm0    # Read product from dest          指针dest的地址从%xmm0读出来，存在寄存器%rbx中
vmulsd  (%rdx), %xmm0    # Multiply product by data[i]     第i个元素的指针保存在%rdx中
vmovsd  %xmm0, (%rbx)    # Store product at dest           将rbx中的数据读出，存入%xmm0中
addq    $8, %rdx         # Increment data + i
cmpq    %rax, %rdx       # Compare to data+length          data+length存放在%rax中
jne     .L17             # If !=, goto loop

进入循环后，从内存中读数据，和data[i]乘，再写入到内存中。这种操作比较浪费，因为循环下次读的数据是上次写入内存的数据。

可以用一个临时变量来存储结果，等循环结束后再写入内存中。这样每次循环可以减少一次写的过程。

void combin4(vec_ptr v, data_t* dest)
{
    long i;
    long length = vec_length(v);  
    data_t* data = get_vec_start(v);  
    data_t acc = IDENT;  //temp variable

    for(int i = 0; i < length; ++i)
    {
        acc = acc OP data[i];
    }

    *data = acc;
}

值得注意的是，从代码层面看指令是一条一条执行的，但是实际处理器中是同时对多条指令求值，这种现象称为指令级并行。所以这两种操作限制了程序的瓶颈：第一个是指令必须按照严格顺序执行，那就会遇到延迟界限；第二个是吞吐量界限（取决于处理器原始计算能力）。