常用概念之程序局部性原理

程序局部性原理

　　程序的局部性原理是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。它们倾向于引用的数据项邻近于其他最近引用过的数据项，或者邻近于最近自我引用过的数据项。
　　在现代计算机系统的各个层次，从硬件到操作系统、应用程序等，设计上都利用了局部性原理。比如缓存机制，CPU指令顺序处理等。
　　局部性通常有两种形式：时间局部性和空间局部性，下面分别进行简单介绍。

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时间局部性（temporal locality）

　　时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行；如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。强调数据的重复访问。
　　利用时间局部性，缓存在现代程序系统中扮演着重要角色，数据缓存，磁盘缓存，文件缓存等，极大提高数据的重复访问性能。而在程序设计中，循环体则是时间局部性常见的一个场景：

int sum(std::vector<int>& vecNums){    int nSum = 0;    int nNumsLen = vecNums.size();    for (int nIndex = 0; nIndex < nNumsLen; nIndex++)    {        nSum += vecNums[nIndex];    }    return nSum;}

示例中nSum及nNumsLen具有较好的时间局部性。

空间局部性（spatial locality）

　　空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后。其附近的存储单元也将被访问。强调连续空间数据的访问，一般顺序访问每个元素（步长为1）时具有最好的空间局部性，步长越大，空间局部性越差。

/**   我们知道，二维数组在内存是线性存储的，按行排列*   sumarrayrows函数中按行访问每个数据，内存中是顺序访问的，步长为1*   sumarraycols函数中按列访问数据，步长为M，空间局部性较差*/int sumarrayrows(int a[M][N]){    int nSum = 0;    for (int i = 0; i < M; i++)    {        for (int j = 0; j < N; j++)        {            nSum += a[i][j];        }    }    return nSum;}int sumarraycols(int a[M][N]){    int nSum = 0;    for (int i = 0; i < N; i++)    {        for (int j = 0; j < M; j++)        {            nSum += a[j][i];        }    }    return nSum;}