访问硬编码数组和运行时间初始化数组之间有什么性能差异吗？

Question

例如，我想使用数组SQRT[i]创建一个平方根table来优化一个游戏，但是我不知道在访问SQRT[i] 的值：

硬编码数组

int SQRT[]={0,1,1,1,2,2,2,2,2,3,3,.......255,255,255}

在运行时间生成值

int SQRT[65536];
int main(){
    for(int i=0;i<65536;i++){
        SQRT[i]=sqrt(i);
    }
    //other code
    return 0;
}

一些访问它们的例子：

    if(SQRT[a*a+b*b]>something)
    ...

我不清楚程序是否以不同的方式存储或访问硬编码数组，也不知道编译器是否会优化硬编码数组以加快访问时间，是访问数组时它们之间有性能差异吗？

Answer 1

访问时间相同。当您对数组进行硬编码时，在 main 之前调用的 C 库例程将初始化它（在嵌入式系统中，启动代码复制读写数据，即从 ROM 硬编码到数组所在的 RAM 地址，如果数组是常量，然后直接从 ROM 访问它）。

如果使用for循环初始化，调用Sqrt函数会有开销

Answer 2

首先，你应该做正确的硬编码数组：

static const int SQRT[]={0,1,1,1,2,2,2,2,2,3,3,.......255,255,255};

（也使用 uint8_t 而不是 int 可能更好，以减少数组的大小并使其对缓存更友好）

与替代方法相比，这样做有一大优势：编译器可以轻松检查数组的内容是否无法更改。

如果没有这个，编译器就必须偏执——每个函数调用都可能改变 SQRT 的内容，并且每个指针都可能指向 SQRT，因此任何通过 int* 或 char* 可能正在修改数组。如果编译器无法证明这不会发生，那么就会限制它可以进行的优化种类，这在某些情况下可能会影响性能。

另一个潜在的优势是能够在编译时解决涉及常量的问题。

如果需要，您可以巧妙地使用 __restrict__.

来帮助编译器解决问题

在现代 C++ 中，您可以两全其美；应该可以（并且以合理的方式）编写代码，在编译时运行初始化SQRT 作为 constexpr。不过，最好问一个新问题。

Answer 3

正如人们在评论中所说：

if(SQRT[a*a+b*b]>something)

是一个可怕的示例用例。如果这就是您需要 SQRT 的全部，只需平方 something.

只要你能告诉编译器SQRT没有任何别名，那么一个运行-time loop会让你的executable变小，只需要加一个启动期间的少量 CPU 开销。绝对使用 uint8_t，而不是 int。从 8 位内存位置加载 32 位临时文件并不比从零填充的 32b 内存位置慢。（在 x86 上额外的 movsx 指令，而不是使用内存操作数，将在减少缓存污染方面为自己付出更多的代价。RISC 机器通常不允许内存操作数，所以你总是需要一条指令来加载值存入寄存器。）

此外，sqrt 是 Sandybridge 上的 10-21 周期延迟。如果您不经常需要它，int->double、sqrt、double->int 链并不比 L2 缓存命中差多少。比进入 L3 或主内存更好。如果你需要很多 sqrt，那么当然，做一个 LUT。吞吐量会好得多，即使您在 table 中跳来跳去并导致 L1 未命中。

你可以通过平方而不是 sqrting 来优化初始化，比如

uint8_t sqrt_lookup[65536];
void init_sqrt (void)
{
    int idx = 0;
    for (int i=0 ; i < 256 ; i++) {
        // TODO: check that there isn't an off-by-one here
        int iplus1_sqr = (i+1)*(i+1);
        memset(sqrt_lookup+idx, i, iplus1_sqr-idx);
        idx = iplus1_sqr;
    }
}

您仍然可以获得 sqrt_lookup 为 const 的好处（编译器知道它不能别名）。要么使用 restrict，要么对编译器撒谎，因此 table 的用户看到一个 const 数组，但您实际上写入了它。

这可能涉及欺骗编译器，在大多数地方声明它 extern const，而不是在初始化它的文件中。您必须确保这确实有效，并且不会创建引用两个不同符号的代码。如果你只是在初始化它的函数中丢弃 const，如果编译器将它放在 rodata 中（或者如果未初始化，则只读 bss 内存，如果这在某些平台上可能吗？）

也许我们可以避免对编译器撒谎，方法是：

uint8_t restrict private_sqrt_table[65536];  // not sure about this use of restrict, maybe that will do it?
const uint8_t *const sqrt_lookup = private_sqrt_table;

实际上，这只是一个指向 const 数据的 const 指针，不能保证它所指向的内容不会被其他引用更改。

访问硬编码数组和运行时间初始化数组之间有什么性能差异吗？

Is there any performance difference between accessing a hardcode array and a run time initialization array?

c++

c

arrays

optimization

hardcode

访问硬编码数组和 运行 时间初始化数组之间有什么性能差异吗？

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