结构数组总是比数组的结构更快？

Question

我想知道数据布局Structs of Arrays（ SoA ）是否总是比Array of Structs（ AoS ）或{{1}更快}（ AoP ）表示输入问题只适合Array of Pointers中编程的RAM。

前几天我正在改进分子动力学算法（在C中）的性能，总结在这个算法中，它计算了粒子之间基于力和位置的力相互作用。

原始粒子由包含9个不同双精度的结构表示，3表示粒子力（Fx，Fy，Fz），3表示位置，3表示速度。该算法有一个数组，其中包含指向所有粒子的指针（ AoP ）。我决定将布局从 AoP 更改为 SoA 以改善缓存使用。

所以，现在我有一个带有9个数组的结构，其中每个数组存储每个粒子的力，速度和位置（x，y，z）。每个粒子都由它自己的数组索引访问。

我的性能提升（仅适用于RAM的输入）大约 1.9x ，因此我想知道是否通常会从 AoP 或 AoS 到 SoA 它总是会表现得更好，如果不是哪种类型的算法就不会出现这种情况。

Answer 1

很大程度上取决于所有领域的有用性。如果你有一个数据结构，其中使用一个字段意味着你可能会使用所有这些字段，那么一个struct数组会更有效，因为它可以将你可能需要的所有内容保存在一起。

假设您有时间序列数据，您只需要选择一小部分可能的字段。您可能拥有关于某个事件或时间点的各种数据，但您只需要说3-5个。在这种情况下，数组的结构更有效，因为a）你不需要缓存你不使用的字段b）你经常按顺序访问值，即缓存一个字段，它的下一个值和下一个值是有用的。 / p>

出于这个原因，时间序列信息通常存储为列的集合。

Answer 2

这取决于您访问数据的准确程度。 试着想象一下，当你访问数据时，在SoA或AoS中，硬件究竟会发生什么。

要推断您的问题，您必须考虑以下事项 -

1. 如果没有缓存，性能应该相同，假设数据的所有元素的内存访问延迟相等。
2. 现在使用缓存，如果您访问连续的地址位置，肯定会获得性能提升。这在您的情况下完全有效。当你有AoS时，内存中的位置不连续，所以你必须在那里失去一些性能。
3. 您必须访问for for循环您的数据，例如for(int i=0;i<1000000;i++) Fx[i] = 0。因此，如果数据量很大，您将很容易看到小的性能优势。如果你的数据很小，那就不重要了。
4. 最后，您还不了解您正在使用的DRAM。访问连续数据时，它会带来一些好处。例如，要理解为什么你可以参考wiki。