优化编译器如何决定展开循环的时间和数量？

Question

当编译器执行循环展开优化时，它如何确定展开循环的因素或是否展开整个循环？ 由于这是空间性能权衡，平均而言，这种优化技术在使程序运行得更好方面效率如何？ 此外，在什么条件下建议使用这种技术（即某些操作或计算）？

这不必特定于某个编译器。 它可以是任何解释，概述这种技术背后的想法以及在实践中观察到的内容。

Answer 1

当编译器执行循环展开优化时，它如何确定展开循环或天气的哪个因素来展开整个循环。

堆栈消费和地方。 指令很重要。 能够根据展开和内联的程序进行/传播优化。 循环大小是固定的，还是预期在一定范围内。 配置文件输入（如果适用）。 可以从循环体中移除的操作。 等等

由于这是平均空间性能权衡，这种优化技术在使程序运行得更好方面效率如何？

它在很大程度上取决于输入（您的程序）。 它可以更慢（不典型）或者可以快几倍。 编写一个程序以最佳方式运行并且还使优化器能够完成其工作。

此外，在什么条件下建议使用这种技术（即某些操作或计算）

通常，在非常小的主体上进行大量迭代，特别是无分支且具有良好数据局部性的主体。

如果您想知道该选项是否有助于您的应用，个人资料。

如果您需要更多，您应该留出一些时间来学习如何编写最佳程序，因为主题非常复杂。

Answer 2

简单的分析是计算指令 - 展开10次的2指令循环有11个指令而不是20指令产生11/20加速。 但是对于现代处理器架构来说，它要复杂得多; 取决于高速缓存大小和处理器指令管道的特性。 上面的例子可能会快10倍而不是2倍。 也可能展开1000x而不是10x会慢一些。 如果不针对特定的处理器，编译器（或者你为它们编写的pragma）只是在猜测。

Answer 3

当（在我看来）展开循环时很好：

循环很短，可能所有使用的变量都在处理器寄存器中。 展开后，变量“重复”但仍然在寄存器中，因此没有内存（或缓存）损失。

循环（具有未知的循环unrool数）将至少执行几次或十次，因此有理由将整个循环加载到指令缓存中。

如果循环很短（一个或几个指令），那么展开可能是非常有益的，因为用于确定是否应该再次执行的代码执行的频率较低。

Answer 4

好的，首先，我不知道编译器是如何自动完成的。 而且我很确定编译器必须选择的算法至少有10个，如果不是100个算法。
而且它可能是特定于编译器的。

但是，我可以帮助你计算它的有效性。

请注意，这种技术通常不会给您带来很好的性能提升。
但是在反复循环计算中并且可以给出高百分比的性能。
这是因为循环内部的函数通常比循环的条件检查花费更多的计算时间。

所以，假设我们有一个带常量的简单循环，因为你懒得做复制粘贴或只是认为它看起来会更好：

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    DoSomething();
}

这里有5个 int比较， 5个递增和5个 DoSomethig（）调用。
因此，如果DoSomething（）相对较快，那么我们有15个操作。
现在，如果你要展开它，你将把它减少到只有5个操作：

DoSomething();
DoSomething();
DoSomething();
DoSomething();
DoSomething();

现在使用常量更容易，所以让我们看看它如何与变量一起使用：

for (int i = 0; i < n; i++)
{
    DoSomething();
}

这里有n个 int比较， n个递增和n个 DoSomethig（）调用= 3n 。 现在，我们不能完全展开它，但我们可以通过一个常数因子展开它（预计n越高，我们应该展开它越多）：

int i;
for (i = 0; i < n; i = i+3)
{
    DoSomething();
    DoSomething();
    DoSomething();
}
if (i - n == 2)
{
    DoSomething(); // We passed n by to, so there's one more left
}
else if (i - n == 1)
{
    DoSomething();  //We passed n by only 1, so there's two more left
    DoSomething();
}

现在我们在这里你有n / 3 + 2 int比较， n / 3递增，和n DoSomethig（）调用= （1 2/3）* n 。
我们拯救了自己（1 1/3）* n次行动。 这将计算时间减少了近一半。

仅供参考，另一种整齐的展开技术称为Duff的设备 。
但它是特定于编译器和语言实现的。 有些语言实际上会更糟糕。