for循环嵌套的效率


有人说，两个嵌套的for循环，把循环次数多的放在里面，效率会比较高。
这是个老话题了。网上的讨论很多。我记得我第一次见到这个问题的时候还在上高中。今天就简单的总结一下吧。
先上代码：

void test1()

{

long dt = DateTime.Now.Ticks;

for (int i = 0; i < 1000000; i++)

{

for (int j = 0; j < 10; j++)

{

a[i,j] = 0;

}

}

Console.WriteLine("test1:{0}",DateTime.Now.Ticks - dt);

}
void test2()

{

long dt = DateTime.Now.Ticks;

for (int j = 0; j < 10; j++)

{

for (int i = 0; i < 1000000; i++)

{

a[i,j] = 0;

}

}

Console.WriteLine("test2:{0}",DateTime.Now.Ticks - dt);

}
有书上说是方法2快，道理是大的循环放在里面，效率会比较高。
不过实际的结果，一般都是方法1快，而且快很多。这是为什么呢？

这是因为当CPU从内存获取数据到cache的时候，是一块一块获取的。因此，如果我们的程序总是顺序的访问内存，那么cache的利用率就会比较高了，会大大减少系统换页的次数，提高程序运行的效率。
对于多维数组，每行的最后一个数据后面，紧接着的是下一行的第一个。因此，方法1是顺序访问内存，方法2则是跳跃性的访问内存。这样一来，谁快谁慢自然就很明了了。
不过，并不能因此就说书上说错了，更不能说把大的循环放在外面才会更高效。
再看下面的代码：

void test3()

{

long k = 0;

long dt = DateTime.Now.Ticks;

for (int i = 0; i < 1000000; i++)

{

for (int j = 0; j < 10; j++)

{

k++;

if (k > 100000)

k++;

}

}

Console.WriteLine("test3:{0}",DateTime.Now.Ticks - dt);

}
void test4()

{

long k = 0;

long dt = DateTime.Now.Ticks;

for (int j = 0; j < 10; j++)

{

for (int i = 0; i < 1000000; i++)

{

k++;

if (k > 100000)

k++;

}

}

Console.WriteLine("test4:{0}",DateTime.Now.Ticks - dt);

}
实际的测试结果支持了大循环在内部会快一些的说法，虽然快的幅度很有限吧。
出现这个问题的原因，在于CPU的流水线长度和预判断功能的强弱。如果CPU流水线长，而预判定功能又很准确，那方法4的效率将超过方法3很多。如果流水线很长，但是预判定功能不好，方法4就不一定比方法3快了，甚至还会慢很多。
比如高频率的P3 CPU，流水线短，分支预判功能效果好，在上面测试方法3和方法4就区别不大。再比如低频率的P4 CPU，流水线很长，但是预判定效果差，方法4在这上面就会吃大亏。
所以，把大的循环放在最里面，并不是永恒不变的硬道理。究竟要如何取舍，还得根据实际的硬件情况和软件逻辑来做选择。更好的方法就是，选择一个合适的设计结构，避免陷入上面的问题。唯一的真理就是：实际测试一下，用事实说话。
附：测试结果：

方法：时间(tick)

test1:2187500

test1:1875000

test1:1718750

test1:1718750

test1:1718750

test2:4375000

test2:4375000

test2:4218750

test2:4375000

test2:4375000

test3:1562500

test3:1406250

test3:1562500

test3:1406250

test3:1562500

test4:1093750

test4:1250000

test4:1406250

test4:1250000

test4:1250000