C 语言性能优化：循环展开

概念：在 C 语言中，循环展开技术是一种提升程序执行速度的非常有效的优化方法，它可以由程序员手工编写，也可由编译器自动优化。循环展开的本质是，利用 CPU 指令级并行，来降低循环的开销，当然，同时也有利于指令流水线的高效调度。

例程：举一个最简单的例子，一个 100 次的循环：

void f(void){    int x[100];    int i;    for (i = 1; i <= 100; i++) {        x[i] = x[i] * 3 + 7;    }}

循环展开的写法如下：

void f(void){    int x[100];    int i;    for (i = 1; i <= 100; i+=2) {        x[i+0] = x[i+0] * 3 + 7;        x[i+1] = x[i+1] * 3 + 7;    }}

注意，这里递增步长 i += 2，就是说，循环次数从原来的 100 次，减少为循环 100/2 = 50 次了。

循环展开的优点：

第一，减少了分支预测失败的可能性。

第二，增加了循环体内语句并发执行的可能性，当然，这需要循环体内各语句不存在数据相关性。

循环展开的缺点：

第一，造成代码膨胀，导致 ELF 文件（或 Windows PE 文件）尺寸增大。

第二，代码可读性显著降低，前一个人写的循环展开代码，很可能被不熟悉的后续维护人员改回去。

附 1：例程循环展开前的汇编代码

附 2：例程展开后的汇编代码