一环两动作 VS 两环一动作表现？

Question

我对这个新手问题很感兴趣。

比如我们有两种情况：

1. 我有一个具有两个功能的任意循环。（While或For无所谓）。

   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_1();
       Function_2();
   }
   

2. 我有两个循环，每个循环一个动作。

   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_1();
   }
   
   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {
       Function_2();
   }
   

我知道首先会更快地工作。

但是这两种情况在性能速度上有什么区别呢？(百分比)

如果最大循环数会增加，性能会降低多少？

在这种情况下，什么（处理器或 RAM）会承受更大的负载？

Answer 1

从纯理论的角度来看，两者之间没有区别。无论哪种方式，都是 O(N)，这就是结束。

从更实际的角度来看，缓存可以大大改变这个简单的答案。一个可以比另一个更有效地使用缓存。这会不会一定是你已经证明，虽然第一个。

在真正的（现代）计算机上，它基本上可以解决哪个更有效地使用缓存的问题。

反过来，这取决于每个Function_1和使用的内存类型Function_2。如果Function_1 和Function_2 都涉及执行相当多的代码，因此它们中的每一个都适合L1 指令缓存，但它们一起不会，那么第二个版本可能会更快。在这种情况下，第一个版本（在两个函数之间交替）每次执行时都必须从主内存加载每个函数，因此您从主内存加载代码约 2000 次。对于第二个，您从内存中加载 Function_1 的代码一次，从缓存中执行 1000 次，然后对 Function_2 执行相同的操作。总共从主内存加载 2 次。

另一方面，我们假设Function_1 和 Function_2的代码都可以放入指令缓存中，但是 Function_1 和 Function_2 都对相同的数据进行操作，并且该数据的总数太大而无法放入数据缓存中。

这通常会逆转这种情况：在数据块上执行 Function_1，然后在同一数据块上执行 Function_2 只会从内存中加载该数据一次，然后对其进行所有必要的计算，然后加载下一个数据块，等等。每个数据块仅从主存储器加载一次。

在这种情况下，您的代码的第二个版本可能会慢大约 2 倍——它将加载一块内存并在其上执行 Function_1。然后它将加载第二个内存块，并在其上执行 Function_1，依此类推。一旦使用 Function_1 处理了所有内存，它将返回并加载所有相同的内存块以在它们上执行 Function_2。

有一个完整的研究领域，例如缓存感知和缓存遗忘算法，以帮助为您这样的情况做出明智的选择。缓存感知排序基于上述模型（更详细的版本），选择如何组织计算以适应缓存组织。缓存遗忘算法的目标是相对通用的缓存模型，并且几乎不管特定缓存的组织方式如何都提供良好的性能。