Question

我使用全局变量得到一个奇怪的结果。这个问题的灵感来自another question。如果我改变

，请在下面的代码中

int ncols = 4096;

到

static int ncols = 4096;

或

const int ncols = 4096;

代码运行得更快，组装更简单。

//c99 -O3 -Wall -fopenmp foo.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <omp.h>

int nrows = 4096;
int ncols = 4096;
//static int ncols = 4096;
char* buff;

void func(char* pbuff, int * _nrows, int * _ncols) {
    for (int i=0; i<*_nrows; i++) {
        for (int j=0; j<*_ncols; j++) {
            *pbuff += 1;
            pbuff++;
        }
    }
}

int main(void) {
    buff = calloc(ncols*nrows, sizeof*buff);
    double dtime = -omp_get_wtime();
    for(int k=0; k<100; k++) func(buff, &nrows, &ncols);
    dtime += omp_get_wtime();
    printf("time %.16e\n", dtime/100);
    return 0;
}

如果char* buff是自动变量（即不是global或static），我也会得到相同的结果。我的意思是：

//c99 -O3 -Wall -fopenmp foo.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <omp.h>

int nrows = 4096;
int ncols = 4096;

void func(char* pbuff, int * _nrows, int * _ncols) {
    for (int i=0; i<*_nrows; i++) {
        for (int j=0; j<*_ncols; j++) {
            *pbuff += 1;
            pbuff++;
        }
    }
}

int main(void) {
    char* buff = calloc(ncols*nrows, sizeof*buff);
    double dtime = -omp_get_wtime();
    for(int k=0; k<100; k++) func(buff, &nrows, &ncols);
    dtime += omp_get_wtime();
    printf("time %.16e\n", dtime/100);
    return 0;
}

如果我将buff更改为短指针，那么性能很快，并且不依赖于ncols是静态还是buff是否为自动的常数。但是，当我buff int*指针时，我会发现与char*相同的效果。

我认为这可能是由于指针别名所以我也尝试了

void func(int * restrict pbuff, int * restrict _nrows, int * restirct _ncols)

但没有区别。

以下是我的问题

当buff是char*指针或int*全局指针时，为什么代码 ncols具有文件范围或是否恒定时更快？
为什么buff是自动变量而不是全局变量或静态变量使代码更快？
为什么buff是短指针时没有区别？
如果这是由于指针别名导致restrict为什么没有明显效果？

请注意，我使用omp_get_wtime()只是因为它方便了时间。

Answer 1

有些元素在编写时允许GCC在优化方面采取不同的行为;可能，我们看到的影响最大的优化是循环矢量化。因此，

为什么代码更快？

代码更快，因为它的热门部分func中的循环已经使用自动矢量化进行了优化。对于合格的ncols static / const，GCC确实会发出：

注意：循环矢量化注意：循环去皮以进行矢量化以增强对齐

如果您打开-fopt-info-loop，-fopt-info-vec或其他-optimized的组合，则可以看到

，因为它具有相同的效果。

为什么buff是自动变量而不是全局变量或静态变量   让代码更快？

在这种情况下，GCC能够计算应用矢量化时直观需要的迭代次数。这又是由于buf的存储，如果没有另外指定则是外部的。立即跳过整个矢量化，不像buff是本地的，它继续并成功。

当buff是一个短指针时，为什么没有区别呢？

为什么要这样？ func接受一个char*，它可以包含任何内容。

如果这是由于指针别名，为什么限制没有明显效果？

我不这么认为，因为GCC在调用func时可以看到他们没有别名：restrict不是必需的。

Answer 2

const很可能总是产生更快或同样快速的代码作为读/写变量，因为编译器知道变量不会被更改，这反过来又会产生大量的优化选项。

声明文件范围变量int或static int不应该对性能产生太大影响，因为它仍然会在同一个地方分配：.data部分。

但正如评论中所提到的，如果变量是全局变量，则编译器可能必须假设某些其他文件（转换单元）可能会对其进行修改，从而阻止某些优化。我想这就是发生的事情。

但无论如何这不应该是任何问题，因为在C，period中永远没有理由声明一个全局变量。始终将它们声明为static，以防止变量因意大利面编码而被滥用。

总的来说，我也会质疑你的基准测试结果。在Windows中，您应该使用QueryPerformanceCounter和类似的。 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dn553408%28v=vs.85%29.aspx

全局变量的意外性能

2 个答案: