全局變量在 C 中的緊密循環中讀取

Question

假設我在 C 中有一個緊密循環，在其中我使用全局變量的值來執行一些算術運算，例如

double c;
// ... initialize c somehow ...

double f(double*a, int n) {
  double sum = 0.0;
  int i;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    sum += a[i]*c;
  }
  return sum;
}

使用c全局變量。 c是否在每次循環迭代中“從全局范圍重新讀取”？ 畢竟，它可能已被執行其他 function 的其他線程更改，對吧？ 因此，通過在循環之前獲取c的本地（函數堆棧）副本並僅使用此副本，代碼會更快嗎？

double f(double*a, int n) {
  double sum = 0.0;
  int i;
  double c_cp = c;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    sum += a[i]*c_cp;
  }
  return sum;
}

雖然我沒有具體說明c是如何初始化的，但我們假設它是以某種方式完成的，因此在編譯時該值是未知的。 此外， c在整個運行時實際上是一個常量，即我作為程序員知道它的值不會改變。 我可以讓編譯器了解這些信息嗎，例如在全局 scope 中使用static double c c？ 這會改變a[i]*c與a[i]*c_cp問題嗎？

我自己的研究

• 閱讀例如這個的“全局變量”部分，似乎很清楚獲取全局變量的本地副本是通往 go 的途徑。但是，他們想要更新全局變量的值，而我只想讀取它價值。
• 使用godbolt我沒有注意到c與c_cp和double c與static double c的任何真正差異。

Answer 1

任何相當聰明的編譯器都會優化您的代碼，因此它會像您的第二個代碼片段一樣運行。 使用static不會有太大變化，但如果您想確保每次迭代都讀取，則使用volatile 。

關於來自不同線程的更改的要點。 就單線程執行而言，編譯器將保持代碼的完整性。 這意味着它可以重新排序您的代碼，跳過某些內容，添加某些內容——只要最終結果仍然相同。

對於多線程，您的工作是確保事情仍然按特定順序發生，而不僅僅是最終結果是正確的。 確保的方式是memory障礙。 這是一個有趣的話題，但除非您是專家，否則最好避免閱讀。

Answer 2

一旦所有內容都翻譯成機器代碼，您將不會有任何區別。 如果 c 是全局的，則對 c 的任何訪問都將引用 c 的地址，或者最有可能在緊密循環中將 c 保存在寄存器中，或者在最壞的情況下保存在 L1 緩存中。

在 Linux 機器上，您可以輕松生成程序集並檢查生成的代碼。

您還可以運行基准測試。