添加填充可以让循环更快的原因是:
在计算机系统中,处理器通常以块的方式从主存储器中读取数据,这个块称为缓存行。缓存行的大小通常为64字节(在大多数处理器中)。
当循环迭代处理数据时,如果数据元素的大小小于缓存行的大小,那么每次迭代只会加载部分缓存行数据,导致处理器频繁地从内存中读取数据,增加了访存的延迟和开销,降低了程序的性能。
而通过在数据结构中添加填充(Padding),使得每个数据元素的大小等于或大于缓存行的大小,可以将多个数据元素存放在同一个缓存行中。
这样一来,在循环迭代处理数据时,处理器一次就能加载整个缓存行的数据,避免了频繁的内存读取操作,提高了数据的局部性和访存效率,进而加速了循环的执行速度。
此外,填充还可以避免缓存行的伪共享(False Sharing)问题。伪共享指的是多个处理器同时访问同一个缓存行的不同数据元素时,由于缓存的一致性机制,会导致缓存行的频繁同步,降低了并行处理的效率。通过填充,可以使得不同的数据元素被存放在不同的缓存行中,减少了伪共享的影响,提高了并行处理的性能。
在实际应用中,填充通常用于优化循环处理大量数据的算法或数据结构,特别是在并行计算、高性能计算和科学计算等领域中,能够显著提升程序的性能。
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