for循环提高内存访问效率的做法

今天写程序的时候突然想到一点，记录一下：

计算机内存地址是线性排列组织的，而利用for循环对高维数组结构进行遍历处理的时候，要保证最内层for循环遍历的是高维数组的最低维度，这样可以最大化利用CPU的cache，举个例子：

假设有一个二维图像P(x,y)，x为行数，0<=x<=M-1，y为列数，0<=y<=N-1。

若想遍历图像内所有的像素，写程序的时候，有以下两种嵌套for：

for(x=0;x<M;x++){
    for(y=0;y<N;y++){
        // ... 
    }
}

和

for(y=0;y<N;y++){
    for(x=0;x<M;x++){
        // ... 
    }
}

这两种实现方法都能遍历图像内像素，但是第一种效率比第二种高。

因为数据的逻辑形式虽然是高维的，但是存储在内存里的时候却仍是以一维线性的方式存储的，这就造成了高维数据在内存中进行表示的时候，最低维的数据在内存中被连续存储，而除最低维以外的其它所有维度在内存上是不连续的（对于上述例子，P(3,4)与P(3,5)在内存中是连续的，而P(3,4)和P(2,4)在内存中就不是连续的），访问不连续内存对于CPU的cache来说很不友好，会造成较大的内存访问延迟，虽然这个问题可能会被聪明的编译器查到并在编译时刻优化为cache-friendly的代码，但是保不齐有些编译器没有这种优化，所以在写程序的时候还是注意一下这一点。在访问体素块的时候最好也要先确定一下数据逻辑形式的最低维度，然后再写for。