高效编程之cache命中对于程序性能的影响

下面这个代码用两个双层循环遍历了一个二维数组里所有的元素，以我自己机器的测试 上面那个循环耗时基本为下面的一半，两个循环的时间复杂度相同，为什么会有这么大的差别？

首先要明白的是不管是几维数组，他们都是用一块地址连续的内存来存储所有的元素，而内存布局的顺序是一整行接着下一个整行排列，第一个循环是一行一行访问，所以从内存上看是顺序的遍历了这块内存，每次读取的位置都在上一次的附近，所以cache命中率高。第二个循环是一列一列访问，可以说访问的元素都不是连续的内存访问(相隔了一行的大小)，从而降低了cache的命中率。

cache的命中率对多层循环的影响是最明显的，因此在设计循环逻辑的时候，如果有某个数据结构需要多次访问，尽量让其全部在最里层中完成访问，提高cache对其的命中率。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int hang = 1024*8;
int lie = 1024*8;
int c = 0;
int **arr = (int **)malloc(sizeof(int*) * lie);
for(c = 0; c < lie; c++)
{
arr[c] = (int*)malloc(sizeof(int) * hang);
}

struct timeval time1, time2;
int i, j;

gettimeofday(&time1, 0);
for(j = 0; j < lie; j++)
{
for(i = 0; i < hang; i++)
{
arr[j][i] ++;
}

}
gettimeofday(&time2, 0);
printf("time %f\n", (double)(time2.tv_sec-time1.tv_sec) + (double)(time2.tv_usec-time1.tv_usec) /1000000);

gettimeofday(&time1, 0);
for(i = 0; i < hang; i++)
{
for(j = 0; j < lie; j++)
{
arr[j][i] ++;
}

}
gettimeofday(&time2, 0);
printf("time %f\n", (double)(time2.tv_sec-time1.tv_sec) + (double)(time2.tv_usec-time1.tv_usec) /1000000);

return 0;
}