第四章与CPU设计有关，暂时跳过，以后有时间再看。

• 编写高效程序要点：
  1. 必须选择一组合适的算法和数据结构；
  2. 必须编写出编译器能够有效优化以转换成高效可执行代码的源代码；
  3. 针对运算量特别大的计算，将一个任务分成多个部分，在多核和多处理器的某种组合上并行地计算。（第12章内容）

优化编译器的能力和局限性

• 内存别名使用

  • 在安全优化时，编译器必须假设不同指针可能会指向内存中同一个位置。

  // 如果xp等于yp，两个函数的效果会怎样？
  void twiddlel (long *Xp , long *yp)
  {
    *xp += *yp ;
    *xp += *yp ;
  }
  void twiddle2 (long *XP , long *yp)
  {
    *xp += 2* *yp ;
  }
  

• 函数调用

  • 大多数编译器不会试图判断一个函数是否存在副作用（比如改变全局程序状态）。编译器通常总会假设最糟的情况，并保持所有的函数调用不变。
  • 可以用内联函数替换优化函数调用。

程序性能表示方式

• CPE：Cycles Per Element，每元素的周期数。用时钟周期而不是具体时间来表示程序的性能。

提高性能的几种方法

消除循环的低效率

• 循环内要执行多次但是计算结果不会改变的计算，应该从循环内部移动到循环前。
• 有些结果不变的计算可能复杂度较高，并且处于函数内部，编译器难以进行优化，需要程序员手动优化。

减少过程调用

• 过程调用会带来开销，并且妨碍大多数形式的程序优化。

消除不必要的内存引用

• 引入临时变量来存储对某个指针的值，在之后的操作中改变临时变量的值，最后将临时变量的值写入指针，可以将对内存的访问转换为寄存器操作，提高程序性能。（访问寄存器比访问内存快得多）

循环展开

• 通过增加每一次迭代计算的元素数量，减少循环的迭代次数。（编译器可以很容易地执行循环展开）

提高并行性

• 对于一个可结合和可交换的合并运算来说，可以通过将一组合并运算分割成两个或多个部分，并在最后合并结果来提高性能。
• 合适的重新组合变换能够减少计算中关键路径上操作的数量，通过更好地利用功能单元的流水线能力得到更好的性能。

一些限制因素

• 寄存器溢出
• 分支预测和预测错误处罚

理解内存性能

• 加载（从内存读到寄存器）和存储（从寄存器写到内存）。

加载的性能

• 包含加载操作的程序的性能既依赖于流水线的能力，也依赖于加载单元的延迟。

存储的性能

• 存储操作不影响任何寄存器值。

• 考虑下面两个调用A和B，A的CPE比B的CPE小，这是因为A中从*src读出的结果不受对*dest的写的影响，而B中存在参数src和dest都是指向数组元素a[0]的指针，这时指针引用*src的每次加载都会得到指针引用*dest的上一次执行存储的值。这就是写/读相关：一个内存读的结果依赖于一个最近的内存写。

  /* Write to dest , read from src */
  void write_read(long *src, long *dst, long n)
  {
    long cnt = n;
    long val = 0;
    while (cnt) {
      *dst = val ;
      val = (*src) + 1;
      cnt--;
    }
  }
  
  //example A
  write_read(&a[0], &a[1], 3);
  
  //example B
  write_read(&a[0], &a[0], 3);