计算机体系结构----循环展开(Loop Unrolling)

循环展开（loop unrolling）是一种编译器优化技术，它通过减少循环的迭代次数，来提高程序的执行速度。循环展开的原理是，将循环体中的语句复制多份，每次迭代执行更多的语句，从而减少循环控制语句（如比较、跳转等）的执行次数。循环展开可以降低循环开销，提高指令级并行，减少分支预测失败，优化流水线执行等。循环展开的效果取决于循环的特性，如循环次数、循环体大小、数据依赖等。循环展开的缺点是，会增加代码的大小，可能导致指令缓存不命中，或者寄存器不足等问题。循环展开的程度由展开因子（unroll factor）决定，展开因子表示每次迭代执行的循环体的份数。展开因子过大或过小都可能影响性能，因此需要根据具体情况选择合适的展开因子。循环展开可以由程序员手动完成，也可以由编译器自动完成。编译器可以根据循环的特性和目标平台的特性，进行静态或动态的循环展开。

以下是一个循环展开的例子，假设有一个循环如下：

for (i = 0; i < n; i++) {
  a[i] = a[i] * b + c;
}

如果展开因子为2，那么循环展开后的代码如下：

for (i = 0; i < n; i += 2) {
  a[i] = a[i] * b + c;
  a[i + 1] = a[i + 1] * b + c;
}

可以看到，循环展开后的代码，每次迭代执行两个循环体，循环次数减半，循环控制语句的执行次数也减半。如果循环体中的语句没有数据依赖，那么可以提高指令级并行，利用处理器的多个功能单元同时执行。如果循环体中的语句有数据依赖，那么可以减少数据相关的延迟，利用处理器的乱序执行和寄存器重命名等技术。