為什麼我的循環在處理 8192 個元素時很慢？

為什麼在循環 8192 個元素時效能會下降

循環 8192 個元素時，程式會遇到明顯的減速。這是由於記憶體對齊問題造成的，低效率的循環結構加劇了這個問題。

記憶體對齊

現代處理器利用快取層次結構來提高資料存取速度。對齊的記憶體存取（其中資料儲存在快取行大小的倍數的位址處）允許更快的資料檢索。但是，在本例中，SIZE 參數定義為 8192，它不是快取行大小（通常為 64 位元組）的倍數。這種不對齊會減慢記憶體存取操作。

循環排序

循環的排序使記憶體對齊問題更加複雜。原始程式碼按列迭代矩陣，導致非順序記憶體存取。這迫使處理器以較慢的速度從記憶體中隨機檢索資料。

解

有兩種可能的解決方案：

1. 對齊記憶體：將SIZE 重新定義為快取行大小的倍數（例如8192 64).
2. 交換循環排序：不是按列迭代，而是按行迭代矩陣。這使記憶體存取與快取行組織保持一致，從而實現更快、更有效率的資料檢索。

透過交換程式碼中的循環順序，消除了效能瓶頸。

範例

以下程式碼說明了修正：

for(j=1;j<SIZE-1;j++) {
    for(i=1;i<SIZE-1;i++) {
        res[j][i]=0;
        res[j][i] += img[j-1][i-1];
        ...
    }
}

效能對比

應用修復後，效能顯著提升：

原始碼：

SIZE = 8191: 1.499 seconds
SIZE = 8192: 2.122 seconds
SIZE = 8193: 1.582 seconds

固定程式碼：

SIZE = 8191: 0.376 seconds
SIZE = 8192: 0.357 seconds
SIZE = 8193: 0.351 seconds

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