Простейшие оптимизации программ

Развертка цикла (Loop unrolling) – эта техника призвана уменьшить количество условных переходов в цикле. Может улучшить инструкционный параллелизм. Несколько итераций цикла объединяются в одну. Есть свои минусы. Может повыситься нагрузка на регистры, увеличивается размер кода, что также может привести к ухудшению производительности.

for (int x = 0; x < 100; x++) {
  delete(x);
}
  => Loop unrolling =>
 for (int x = 0; x < 100; x += 5) {
   delete(x);
   delete(x+1);
   delete(x+2);
   delete(x+3);
   delete(x+4);
 } 
    

Полная развертка (complete unrolling) применяется к небольшим циклам и бывает очень эффективна. Как правило в случае вложенных циклов развертываются внутренние циклы.

Перестановка циклов (Loop interchange) – оптимизация при которой меняется порядок итерационных переменных.

do i=0,10 
   do j=0,20 
     a[i,j] = i + j 
 => Loop interchange
do j=0,20
  do i=0,10
    a[i,j] = i + j
    

Для чего выполняется эта оптимизация ?

Пример эффективности оптимизации перестановки циклов

Вытеснение данных из кэш:

увеличить изображение

Разбиение цикла на блоки (Loop blocking)

увеличить изображение

Определение индукционных переменных

Выражения, которые являются линейной функцией от счетчиков цикла могут вычисляться прибавлением константы к значению на предыдущей итерации.

  for(i=0;i<100;i++) {
    a[i]=i*8+4;
  } 
  =>
  temp=4;
  for(i=0;i<100;i++) {
    a[i] = temp;
    temp +=8;
  }
    

Другие оптимизации

Помимо этих оптимизаций существуют и другие, порой очень нетривиальные:

Компилятору в каждом случае необходимо доказать корректность производимой цикловой оптимизации и определить ее выгодность.

Нормализованный цикл

Предположим у нас есть цикл:

DO I=L,U,S
  A(I)=…
END DO
    

Для упрощения рассуждений его можно преобразовать к нормализованному циклу:

DO J=1,(U-L+S)/S,1
  A(J*S-S+L) = …
END DO
    

Так как любой цикл может быть нормализован будем без ограничения общности рассматривать в примерах нормализованные циклы.

 /Qopt-report[:n]
          generate an optimization report to stderr
            0   disable optimization report output
            1   minimum report output
            2   medium output (DEFAULT when enabled)
            3   maximum report output
    

Пример диагностики:

LOOP INTERCHANGE in loops at line: 8 9 
Loopnest permutation ( 1 2 ) --> ( 2 1 )
Fusion loop partitions: (loop line numbers)
Fused Loops: ( 9 14 )