循环展开

循环展开（Loop unwinding或loop unrolling），是一种牺牲程序的大小来加快程序执行速度的优化方法。可以由程序员完成，也可由编译器自动优化完成。

循环展开最常用来降低循环开销，为具有多个功能单元的处理器提供指令级并行。也有利于指令流水线的调度。

例子

for (i = 1; i <= 60; i++) 
   a[i] = a[i] * b + c;

可以如此循环展开：

for (i = 1; i <= 58; i+=3)
{
  a[i] = a[i] * b + c;
  a[i+1] = a[i+1] * b + c;
  a[i+2] = a[i+2] * b + c;
}

这被称为展开了两次。

优点

• 分支预测失败减少。
• 如果循环结构内语句没有数据相关，增加了并发执行的机会。
• 可以在执行时动态循环展开。这种情况在编译时也不可能掌握。

缺点

• 代码膨胀
• 代码可读性降低，除非是编译器透明执行循环展开。
• 循环结构内包含递归可能会降低循环展开的效益。

进一步阅读

Kennedy, Ken; Allen, Randy. Optimizing Compilers for Modern Architectures: A Dependence-based Approach. Morgan Kaufmann. 2001. ISBN 1-55860-286-0. 

外部链接

• Chapter 7, pages 8 to 10, of Michael Abrash's Graphics Programming Black Book is about loop unrolling, with an example in x86 assembly.
• [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆） Generalized Loop Unrolling, gives a concise introduction.