通过循环展开/代码移动来优化C代码

Question

我有一项任务是优化一段旨在模拟图像中旋转像素的C代码（我相当喜欢这种语言）：

void naive_rotate(int dim, pixel *src, pixel *dst) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < dim; i++)
        for (j = 0; j < dim; j++)
            dst[RIDX(dim-1-j, i, dim)] = src[RIDX(i, j, dim)];
}

pixel和RIDX的定义如下：

typedef struct {
    unsigned short red;
    unsigned short green;
    unsigned short blue;
} pixel;

#define RIDX(i,j,n) ((i)*(n)+(j))

分配的说明中包含注释：“您的任务是使用代码移动，循环展开和阻塞之类的技术重写此代码，以使其尽可能快地运行。”

我以为我对如何解决这个问题有一些想法。 但是，我尝试展开循环：

void rotate_unroll(int dim, pixel *src, pixel *dst) {
    int i, j;
    for (i = 0; i < dim; i++) {
        for (j = 0; j < dim; j+=4) {
            dst[RIDX(dim-1-j, i, dim)] = src[RIDX(i, j, dim)];
            dst[RIDX(dim-1-(j+1), i, dim)] = src[RIDX(i, j+1, dim)];
            dst[RIDX(dim-1-(j+2), i, dim)] = src[RIDX(i, j+2, dim)];
            dst[RIDX(dim-1-(j+3), i, dim)] = src[RIDX(i, j+3, dim)];
        }
    }
}

和代码运动（或至少重新组织RIDX并将一些计算移出内部循环）：

void rotate_motion(int dim, pixel *src, pixel *dst) {
    int i, j;
    int dimsquared = dim * dim;
    for (i = 0; i < dim; i++) {
        int dst_temp = dimsquared - dim + i;
        int src_temp = i * dim;
        for (j = 0; j < dim; j++) {
            dst[dst_temp - (dim * j)] = src[src_temp + j];
        }
    }
}
//   dst[RIDX(dim-1-j, i, dim)] 
// = dst[(dim-1-j)dim + i] 
// = dst[(dim * dim) - dim - (dim)j + i]
//   src[RIDX(i, j, dim)]
// = src[(dim)i + j]

似乎没有工作； 与作业打包在一起的计时器声称，我的解决方案对程序的CPE没有任何影响。 我怀疑我可能错误地使用了这两种方法，并且会非常感谢在正确方向上的任何指导。 （这是一项家庭作业，所以我并没有要求完整的解决方案，只是一些指导。）

我的另一个想法是尝试添加一个累加器-类似于以下内容：

void rotate_acc(int dim, pixel *src, pixel *dst) {
    int i, j;
    pixel temp = dst;
    for (i = 0; i < dim; i++) {
        for (j = 0; j < dim; j++) {
            temp[RIDX(dim-1-j, i, dim)] = src[RIDX(i, j, dim)];
        }
    }
    dst = temp;
}

但是我的语法在那里很错误，我不确定如何构造一个有问题的结构的临时版本。

任何帮助深表感谢。 谢谢！

Answer 1

您需要对C中的指针有透彻的了解。简单地说：指针代表数据存储在内存中的地址（在您的情况下为像素结构）。

在您的代码中，函数rotate_acc将像素指针作为参数： pixel *dst 。 最初，您可能会想说pixel *tmp = dst ，但是请记住，这就是所谓的浅表复制 -仅复制地址，而不复制其指向的数据-因此，如果您说tmp->red = 0 ，它也会修改原始数据

如果需要深层复制 ，则需要说pixel tmp = *dst

Answer 2

尝试这个：

void naive_rotate(int dim, pixel *src, pixel *dst) {
    int dimSq = dim * dim;
    int dstdIxStart = dimSq - dim;
    int endIdx = dimSq - 2 * dim - 2;
    int dstIdx = dimSq - dim;
    for (int i = 0; int < endIdx; ++i)
    {
       dst[dstIdx--] = src[i];
       if (0 == dstIdx)
       {
          dstdIxStart -= dim;
          dstIdx = dstdIxStart;
       }
    }
}

您将不得不仔细检查数学，但我希望您能理解。

它删除所有乘法。 同样，由于src被顺序访问，因此对缓存也有好处。