为什么在 for 循环中引用全局变量要慢得多？

Question

我正在读一本书，上面说使用局部变量来消除不必要的内存引用。 例如，下面的代码效率不高：

int gsum;  //global sum variable
void foo(int num) {
    for (int i = 0; i < num; i++) {
       gsum += i;
    }
}

使用以下代码效率更高：

void foo(int num) {
    int fsum;
    for (int i = 0; i < num; i++) {
       fsum += i;
    }
    gsum = fsum;
}

我知道第二种情况使用存储在寄存器中的局部变量。 这就是为什么它要快一点，而在第一种情况下， gsum必须从主内存中检索太多次。

但我还有疑问：

Q1- gcc 编译器是否足够聪明来检测它并隐式使用寄存器来存储全局变量，以便后续引用将完全像第二种情况一样使用寄存器？

Q2- 如果由于某种原因编译器无法优化，那么我们仍然有缓存。 从缓存中引用全局变量仍然非常快，但我看到一些使用局部变量的程序比引用全局变量的程序快 10 倍。 为什么是这样？

Answer 1

Q1：其他函数可能会需要该寄存器，这些函数将在后续调用foo之间调用。 这意味着每当调用此函数时， gsum都需要在寄存器中进出。

Q2：包含gsum的页面可能会在缓存中停留一段时间。 但是，根据您的计算机正在执行的其他操作，该页面可能会被写入交换空间，以便为其他页面腾出内存空间。