多重 for 循环，如何提高效率？
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· 2020-12-23
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前言
我在《华为 C 语言编程规范》中看到了这个：当使用多重循环时，应该将最忙的循环放在最内层。如下图：
由上述很简单的伪代码可以看到，推荐使用的方式是：外小内大的方式。也就是内层循环是最忙的。
然后我又在另外一份编程规范手册中，看到了类似的要求，如下图：
看到了这个小技巧之后，我迫不及待的分享给我的小伙伴，后来闲下来的时候，就想自己做个测试，验证一下是否真的是这样。
Ubuntu 测试
使用 Ubuntu 14.04 的系统进行测试，基本信息如下：
系统版本：Ubuntu14.04 gcc 版本：4.8.2
我使用了两份不同的代码文件进行测试，第一份是 外大内小 的代码，如下：
using namespace std;
int main(){ struct timeval tv; unsigned long ulStartTime, ulEndTime;
gettimeofday(&tv, NULL); // 获取当前时间 ulStartTime = tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; // 计算当前起始时间 cout << "start time = " << ulStartTime << endl; // 打印显示 for(unsigned int i = 0; i < 1000000; i++) // 测试代码 { for(int j = 0; j < 100; j++) { } } gettimeofday(&tv, NULL); ulEndTime = tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; // 计算结束时间 cout << "end time = " << ulEndTime << endl; // 打印结束时间 cout << "Time = " << ulEndTime - ulStartTime << endl; // 计算时间差值 微秒 us}
执行上述代码，运行结果如下，耗时：165280us
接着，我又准备了另外一份 外小内大 的代码，对比只是调换了 for 循环内外层的循环次数而已，如下：
using namespace std;
int main(){ struct timeval tv; unsigned long ulStartTime, ulEndTime;
gettimeofday(&tv, NULL); ulStartTime = tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; cout << "start time = " << ulStartTime << endl; for(int i = 0; i < 100; i++) { for(unsigned int j = 0; j < 1000000; j++) {
} } gettimeofday(&tv, NULL); ulEndTime = tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec; cout << "end time = " << ulEndTime << endl; cout << "Time = " << ulEndTime - ulStartTime << endl;}
上述代码的执行结果如下，耗时：155960us
对比上述两份代码的运行结果，可以很明显的看到，外小内大效率更高一点！
不过，你以为这就结束了吗？
树莓派测试
手边刚好有一台树莓派，前段时间刚安装了最新的官方系统，就想着拿来做一下测试，基本信息如下：
树莓派系统版本：buster
g++ 版本：8.3.0
测试代码与在 Ubuntu 上运行的代码保持一致，这里就不重复贴代码了，只看一下运行结果。
下边这个是 外大内小 的，运行结果如下，耗时：1214569us
这个是 外小内大 的，运行结果如下，耗时：1345193us
完了，可以很明显的看到，外大内小 的运行效率要更高一点。
问题分析
我也是有点蒙逼的，不知道为啥会出现截然相反的情况，对比两个系统版本，硬件设备来看，推测原因有如下几种可能：
处理器架构不同
Ubuntu 是安装在 win10 台式机上的虚拟机中，所使用的硬件应该为台式机的硬件（处理器等）；而台式机的硬件是英特尔的 X86 架构的处理器。 树莓派使用的硬件平台，是一个 ARM 架构的芯片，具体可以参考图片：
gcc 版本不同，在刚开始操作的时候，也详细的列出了当前程序使用的环境 Ubuntu14.04 中 gcc 版本为：4.8.2 树莓派中 gcc 版本为：8.3.0
目前能想到的差异就这么多，其他的暂时还不知道，难道这个就是运行在 X86 平台和 ARM 平台的区别之一？更多的更深入的研究还有待后续学习研究才能知道。今天的讨论就到这里为止吧！
总结
在 X86 架构平台下，外小内大效率较高； 由于参考的规范手册，可能是用于服务器开发，而服务器仍然是 X86 架构的处理器居多，因此 for 循环的多重循环规则较适用； 需要考虑在嵌入式等 ARM 平台下，此规则是否同样适用，是否还有其他应用场景限制等？欢迎私信/加我好友一起讨论~
