訪(fǎng)問(wèn)寄存器代替內(nèi)存引用

我們先看一個(gè)例子：

有這么兩個(gè)程序：它們的目的就是將數(shù)組x中的數(shù)，按照下標(biāo)累加到數(shù)組y中，最后在把數(shù)組y中的數(shù)據(jù)累加到一個(gè)數(shù)dest里面。為了驗(yàn)證效果，我們將這個(gè)過(guò)程重復(fù)10000遍。

Prog 1 Prog2

這兩個(gè)程序的區(qū)別就在Prog2中紅框里面的內(nèi)容。那么哪個(gè)程序運(yùn)行的更快呢？

話(huà)不多說(shuō)，我們看實(shí)際的結(jié)果：

這里為了說(shuō)明效果，我們編譯的時(shí)候，并沒(méi)有采用優(yōu)化（編譯優(yōu)化，確實(shí)可以提高程序運(yùn)行的效率，但是過(guò)高的編譯優(yōu)化等級(jí)會(huì)有一定的副作用，另外編譯器優(yōu)化也具有一定的局限性，高效的代碼仍然應(yīng)該是我們追求的目標(biāo)）?？梢钥吹?，Prog2要明顯比Prog1快。

要想理解上面的例子，我們必須先介紹一下寄存器和匯編代碼的相關(guān)知識(shí)：

寄存器

CPU內(nèi)部用來(lái)存放數(shù)據(jù)的一些小型存儲(chǔ)區(qū)域， 注意寄存器是在CPU內(nèi)部，受限于CPU的物理尺寸，寄存器數(shù)量不會(huì)太多。我們只需要記住兩點(diǎn)：

1） 寄存器和CPU的L1 cache相比，速度雖然還在一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是L1 cache的訪(fǎng)問(wèn)速度還是要慢幾倍。具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)下文表2

2） CPU只能從寄存器直接取數(shù)據(jù)或者指令，如果取不到，獲取的順序是L1-》L2-》L3-》主存-》磁盤(pán)。

從下文表2中可以看出，如果cpu的cache訪(fǎng)問(wèn)miss了，性能損失還是很大的。如果內(nèi)存里面再miss了，那對(duì)性能來(lái)說(shuō)不亞于一場(chǎng)災(zāi)難了。

計(jì)算機(jī)訪(fǎng)問(wèn)速度分級(jí)：

表1 時(shí)間單位

以3.3GHz的CPU為例：

表2 系統(tǒng)的各種延時(shí)

正如你所見(jiàn)，CPU周期的時(shí)間非常短，這段時(shí)間，光的速度大約只能走0.5米。想象一下，是不是非常震撼？

x86-64 CPU的整數(shù)寄存器：

我們無(wú)需刻意去記住這些寄存器的名稱(chēng)，不同架構(gòu)的寄存器的數(shù)量和名稱(chēng)也不一樣，我們只要知道他們是cpu內(nèi)部的效率極高的存儲(chǔ)單元即可。

回到前面的例子，為什么Prog2要比Prog1快，是因?yàn)镻rog2里面用DEST這個(gè)局部變量代替了dest。DEST是一個(gè)局部變量，在匯編指令里是直接訪(fǎng)問(wèn)寄存器，而dest則需要去訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存cache。