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CPU与GPU操作数布局及执行优化

📚 共计 30 章节

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操作数基础

什么是操作数、操作数的分类（立即数、寄存器、内存地址）、操作数在指令中的角色。

立即数寄存器内存地址

立即数优化

立即数的编码方式、如何选择高效的立即数、避免大立即数带来的性能开销。

编码性能开销

寄存器分配策略

寄存器 vs 内存、寄存器分配算法简介、常用寄存器使用规范。

寄存器算法规范

内存操作数优化

内存寻址模式、对齐访问的重要性、缓存行与内存操作数的关系。

寻址对齐缓存行

操作数类型转换

隐式类型转换的陷阱、显式类型转换的最佳实践、类型转换对性能的影响。

隐式转换显式转换性能

向量化操作数

SIMD指令集简介、向量寄存器的使用、数据对齐与向量化。

SIMD向量寄存器对齐

操作数依赖与流水线

数据冒险、控制冒险、结构冒险、如何通过操作数重排避免流水线停顿。

数据冒险控制冒险重排

常量传播与折叠

编译器的常量优化、手动常量折叠技巧、常量表的使用。

常量传播折叠常量表

操作数复用

寄存器重命名技术、操作数共享、减少冗余加载。

重命名共享冗余加载

地址计算优化

基址变址寻址、比例因子寻址、地址计算指令的选择。

基址变址比例因子指令选择

栈操作数管理

栈帧结构、局部变量的操作数优化、栈溢出预防。

栈帧局部变量溢出

全局变量操作数

全局变量的访问开销、使用静态局部变量替代、GOT与PIC优化。

全局变量静态局部GOT

指针操作数

指针算术优化、指针别名分析、restrict关键字的使用。

指针算术别名restrict

结构体操作数

结构体成员对齐、填充字节优化、位域操作数的效率。

对齐填充位域

数组操作数

行优先 vs 列优先、循环展开与数组操作数、多维数组的缓存优化。

行优先循环展开缓存

字符串操作数

字符串复制优化、字符串比较优化、使用SIMD加速字符串操作。

复制比较SIMD

浮点操作数

浮点运算的精度与性能权衡、快速近似计算、避免浮点异常。

精度近似异常

位操作操作数

位掩码的使用、位旋转与移位优化、位操作代替乘除法。

位掩码移位乘除法

条件码操作数

标志寄存器的使用、条件跳转优化、条件传送指令。

标志寄存器跳转条件传送

间接操作数

函数指针的开销、虚函数表的操作数优化、间接跳转预测。

函数指针虚函数表跳转预测

原子操作数

原子指令的代价、锁 vs 原子操作、内存屏障与操作数顺序。

原子指令锁内存屏障

内联汇编中的操作数

内联汇编语法、操作数约束、寄存器分配在内联汇编中的挑战。

内联汇编约束寄存器分配

编译器优化与操作数

-O1/-O2/-O3对操作数的影响、__attribute__优化提示、PGO优化。

编译优化__attribute__PGO

循环中的操作数优化

循环不变代码外提、归纳变量优化、循环展开与操作数压力。

循环不变归纳变量展开

分支预测与操作数

分支模式对操作数流的影响、无分支编程技巧、查表法替代分支。

分支预测无分支查表法

缓存友好的操作数布局

数据局部性原理、结构体拆分、热数据与冷数据分离。

局部性结构体拆分热数据

多线程操作数同步

线程局部存储、缓存一致性协议、伪共享问题与操作数填充。

线程局部缓存一致性伪共享

GPU操作数优化

GPU内存层次结构、合并访问、共享内存与寄存器压力。

GPU内存合并访问共享内存

性能分析工具与操作数

perf stat分析操作数事件、VTune的操作数分析、火焰图解读。

perfVTune火焰图

从实际项目中提取操作数优化案例、优化前后性能对比、优化方法论总结。

实战案例性能对比方法论