C++性能优化之访存优化（未完）

写代码写到手抽筋2025-05-16 10:54

数据预取

数据预取是一种提前为处理器准备数据机制，主要有硬件预取和软件预取。

硬件是根据程序运行状态预测，硬件机制。

软件是使用预取指令或者内置函数，内置函数就是编译器自带的函数，_builtin_prefetch（void * addr, rw, locality）;第一个采纳数是内存指针数据，第二个是读写，第三个预取数据的时间局部性，0-3，越大代表时间局部性越强。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <cstdint>

// 数据大小 (1000万元素)
constexpr size_t DATA_SIZE = 10000000;

// 测试不使用预取的内存访问
uint64_t testWithoutPrefetch(const std::vector<int>& data) {
    uint64_t sum = 0;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    
    for (size_t i = 0; i < data.size(); ++i) {
        sum += data[i];
    }
    
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    
    std::cout << "不使用预取 - 耗时: " << duration << " 毫秒" << std::endl;
    return sum;
}

// 测试使用预取的内存访问
uint64_t testWithPrefetch(const std::vector<int>& data) {
    uint64_t sum = 0;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    
    // 预取距离当前位置512个元素后的内存地址
    constexpr size_t PREFETCH_DISTANCE = 512;
    
    for (size_t i = 0; i < data.size(); ++i) {
        if (i + PREFETCH_DISTANCE < data.size()) {
            // 预取指令: 读取, 非时态, 中等距离
            __builtin_prefetch(&data[i + PREFETCH_DISTANCE], 0, 1);
        }
        sum += data[i];
    }
    
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count();
    
    std::cout << "使用预取 - 耗时: " << duration << " 毫秒" << std::endl;
    return sum;
}

int main() {
    // 初始化测试数据
    std::vector<int> data(DATA_SIZE);
    for (size_t i = 0; i < DATA_SIZE; ++i) {
        data[i] = static_cast<int>(i);
    }
    
    // 预热缓存
    uint64_t warmup = testWithoutPrefetch(data);
    (void)warmup; // 避免未使用变量警告
    
    std::cout << "\n正式测试:" << std::endl;
    
    // 测试不使用预取
    uint64_t sum1 = testWithoutPrefetch(data);
    
    // 测试使用预取
    uint64_t sum2 = testWithPrefetch(data);
    
    // 验证结果一致性
    std::cout << "\n验证结果: " << (sum1 == sum2 ? "正确" : "错误") << std::endl;
    
    return 0;
}