代码细节的终极优化之循环展开、多路并行

void combine5(double data[],int length)
{
    double sum = 0.0;
    for(int i=0;i<length;i++)
    {
        sum *= data[i];
    }
    cout<<sum<<endl;
}
void combine6(double data[],int length)
{
    double sum = 0.0;
    int limit = length-1;
    int i;
    for(i=0;i<limit;i+=2)
    {
        sum = sum*data[i]*data[i+1];
    }
    for(;i<length;i++)
    {
        sum *= data[i];
    }
    cout<<sum<<endl;
}
void combine7(double data[],int length)
{
    double sum1=0.0,sum2=0.0;
    int limit = length-1;
    int i;
    for(i=0;i<limit;i+=2)
    {
        sum1 *= data[i];   //  合并下标为偶数的值，  0按偶数算
        sum2 *= data[i+1];  //  合并下标为奇数的值
    }
    double sum = sum1*sum2;
    for(;i<length;i++)
    {
        sum *= data[i];
    }
    cout<<sum<<endl;
}

上面三个函数的功能是一样的，但是究其运行速度来说则不可同日语。为什么呢？

   由于加法器和乘法器是完全流水线化的，这代表着他们可以一个时钟周期执行多条指令，参见我前面写的那一篇博文（优化的小细节）。减小代码之间的相关性，增加代码的并行性，可以大幅度增加代码的执行效率，做到把CPU的能力都逼出来的地步。

   combine5只是做了一些简单的优化，combine6进行了循环展开，combine7既循环展开又多路并行。如果combine5运行时间是5,combine6的运行时间就会是2.5！ combine7的运行时间就会是1！没错就是这么霸道！IA32以后的指令集都支持如此优化，但是绝大多数编译器都不会帮你把代码改成这个样子，所以自己写是最好的了。如果加上SSE的话，会把CPU的能力榨干的=。=  嘎嘎   下面来说说原因，为什么循环展开多路并行就比随便写快呢？ 首先解释一个名词，叫关键路径，循环的效率主要取决于关键路径上的指令，循环的关键路径可以看成是贯穿整个循环的变量与计算，减少关键路径上的东西就等于加快了时间！那么循环展开就可以看成是减少了CPU走关键路径的次数，但是每次关键路径上的计算sum = sum*data[i]*data[i+1] 的相关性较大，两次乘法无法并行，因为第二次乘法必须等第一次乘法完毕才能执行。多路并行就可以解决这个问题，sum1 *= data[i]; sum2 *= data[i+1];这两个乘法互不依赖，完全可以并行，相当于只做了一次乘法，所以速度便大大加快了。

   从上面的分析会发现，循环展开三次，三路并行会比上面的代码更快，以此类推，代码的优化效率必然会趋近于一个极限值。这个极限值就是CPU的吞吐量界限了，理论上讲就无法再优化了。