面试题：C++ Release版本中如何优化循环结构的代码

Question

在C++ Release版本下，对于一个包含大量迭代操作的循环，例如计算1到1000000的累加和，简述至少两种可以优化循环性能的技巧，并给出优化前后的代码示例。

Answer 1

技巧一：减少循环体内的计算

1. 优化前代码：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 1000000; ++i) {
        sum += i * 2 / 2; // 这里存在不必要的乘除计算
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

2. 优化后代码：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 1000000; ++i) {
        sum += i; // 去掉不必要的乘除计算
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

技巧二：使用寄存器变量（现代编译器优化下效果可能不明显，但原理有参考价值）

1. 优化前代码：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 1000000; ++i) {
        sum += i;
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

2. 优化后代码：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    register int i; // 尝试将循环变量放入寄存器
    for (i = 1; i <= 1000000; ++i) {
        sum += i;
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

技巧三：循环展开

1. 优化前代码：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 1000000; ++i) {
        sum += i;
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

2. 优化后代码（简单展开示例，展开倍数为4）：

#include <iostream>
int main() {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 1000000; i += 4) {
        sum += i + (i + 1) + (i + 2) + (i + 3);
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    return 0;
}