?一個常見的編程問題： 遍歷 同樣大小的數(shù)組和鏈表， 哪個比較快？ 如果按照大學(xué)教科書上的算法分析方法，你會得出結(jié)論，這2者一樣快， 因為時間復(fù)雜度都是 O(n)。 但是在實踐中， 這2者卻有極大的差異。?? 通過下面的分析你會發(fā)現(xiàn)， 其實數(shù)組比鏈表要快很多。

?

首先介紹一個概念：memory hierarchy （存儲層次結(jié)構(gòu)），電腦中存在多種不同的存儲器，如下表

• CPU?寄存器 – immediate access (0-1個CPU時鐘周期)
• CPU L1?緩存 ? – fast access (3個CPU時鐘周期)
• CPU L2 緩存 – slightly slower access (10個CPU時鐘周期)
• 內(nèi)存?(RAM) ? ?– slow access (100個CPU時鐘周期)
• 硬盤?(file system) ?– very slow (10,000,000個CPU時鐘周期)

????? （數(shù)據(jù)來自 http://www.answers.com/topic/locality-of-reference ）

?

各級別的存儲器速度差異非常大，CPU寄存器速度是內(nèi)存速度的100倍！ 這就是為什么CPU產(chǎn)商發(fā)明了CPU緩存。 而這個CPU緩存，就是數(shù)組和鏈表的區(qū)別的關(guān)鍵所在。

?

CPU緩存會把一片連續(xù)的內(nèi)存空間讀入， 因為數(shù)組結(jié)構(gòu)是 連續(xù)的內(nèi)存地址 ，所以數(shù)組全部或者部分元素被連續(xù)存在CPU緩存里面， 平均讀取每個元素的時間只要3個CPU時鐘周期。?? 而鏈表的節(jié)點是 分散 在堆空間里面的，這時候CPU緩存幫不上忙，只能是去讀取內(nèi)存，平均讀取時間需要100個CPU時鐘周期。 這樣算下來， 數(shù)組訪問的速度比鏈表快33倍！ （這里只是介紹概念，具體的數(shù)字因CPU而異）

?

因此，程序中盡量使用連續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣可以充分發(fā)揮CPU緩存的威力。 這種對緩存友好的算法稱為 Cache-oblivious algorithm ， 有興趣可以參考相關(guān)資料。再舉一個簡單例子：

?

對比

for i in 0..n
? for j in 0..m
??? for k in 0..p
????? C[i][j] = C[i][j] + A[i][k] * B[k][j];
和

for i in 0..n

? for k in 0..p
??? for j in 0..m
????? C[i][j] = C[i][j] + A[i][k] * B[k][j];

?

雖然兩者執(zhí)行結(jié)果一樣，算法復(fù)雜度也一樣，但是你會發(fā)現(xiàn)第二種寫法要快很多。?

?

總結(jié)一下， 各種存儲器的速度差異很大，在編程中絕對有必要考慮這個因素。 比如，內(nèi)存速度比硬盤快1萬倍，所以程序中應(yīng)該盡量避免頻繁的硬盤讀寫；CPU緩存比內(nèi)存快幾十倍，在程序中盡量多加利用。

?

?

?>> 原創(chuàng)文章的版權(quán)屬于作者，轉(zhuǎn)載請注明出處和作者信息( http://blog.csdn.net/WinGeek/ )， 謝謝。 <<

?

?

?

?

?

[編程技巧] 巧用CPU緩存優(yōu)化代碼：數(shù)組 vs. 鏈表