访问寄存器代替内存引用

我们先看一个例子：

有这么两个程序：它们的目的就是将数组x中的数，按照下标累加到数组y中，最后在把数组y中的数据累加到一个数dest里面。为了验证效果，我们将这个过程重复10000遍。

Prog 1 Prog2

这两个程序的区别就在Prog2中红框里面的内容。那么哪个程序运行的更快呢？

话不多说，我们看实际的结果：

这里为了说明效果，我们编译的时候，并没有采用优化（编译优化，确实可以提高程序运行的效率，但是过高的编译优化等级会有一定的副作用，另外编译器优化也具有一定的局限性，高效的代码仍然应该是我们追求的目标）。可以看到，Prog2要明显比Prog1快。

要想理解上面的例子，我们必须先介绍一下寄存器和汇编代码的相关知识：

寄存器

CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域， 注意寄存器是在CPU内部，受限于CPU的物理尺寸，寄存器数量不会太多。我们只需要记住两点：

1） 寄存器和CPU的L1 cache相比，速度虽然还在一个数量级，但是L1 cache的访问速度还是要慢几倍。具体的数据见下文表2

2） CPU只能从寄存器直接取数据或者指令，如果取不到，获取的顺序是L1-》L2-》L3-》主存-》磁盘。

从下文表2中可以看出，如果cpu的cache访问miss了，性能损失还是很大的。如果内存里面再miss了，那对性能来说不亚于一场灾难了。

计算机访问速度分级：

表1 时间单位

以3.3GHz的CPU为例：

表2 系统的各种延时

正如你所见，CPU周期的时间非常短，这段时间，光的速度大约只能走0.5米。想象一下，是不是非常震撼？

x86-64 CPU的整数寄存器：

我们无需刻意去记住这些寄存器的名称，不同架构的寄存器的数量和名称也不一样，我们只要知道他们是cpu内部的效率极高的存储单元即可。

回到前面的例子，为什么Prog2要比Prog1快，是因为Prog2里面用DEST这个局部变量代替了dest。DEST是一个局部变量，在汇编指令里是直接访问寄存器，而dest则需要去访问内存cache。