C++ 递归、堆栈和缓存未命中

想象一下我需要穿过一棵树。据我所知，如果以递归方式进行，则每个递归函数调用都需要将其局部参数保存在堆栈帧中。堆栈帧驻留在堆栈内存中，每个帧由堆栈指针指向

堆栈内存何时加载到CPU缓存中？每次函数返回时？例如，如果我做了很多递归函数调用，它会“垃圾”我的CPU缓存吗

在遍历树的过程中，递归地完成一些更容易的事情（因为函数所处理的数据结构受到限制），我是否会因为堆栈本身而遭受大量缓存未命中

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目标是在遍历树时尽量减少缓存未命中。

可能堆栈没有完全加载到缓存中，而是只加载所需的缓存线。处理器不知道哪个内存属于堆栈，它只看到内存地址和缓存线

所以它不会破坏你的缓存。很难做出准确的预测。特别是如果你使用非平凡的析构函数

如果使用，编译器将优化代码，在某些情况下，当递归调用完成时，堆栈将被删除，因此始终只存储一个堆栈

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一些智者说：抢占式优化是万恶之源。

可能堆栈没有完全加载到缓存中，而是只加载所需的缓存线。处理器不知道哪个内存属于堆栈，它只看到内存地址和缓存线

所以它不会破坏你的缓存。很难做出准确的预测。特别是如果你使用非平凡的析构函数

如果使用，编译器将优化代码，在某些情况下，当递归调用完成时，堆栈将被删除，因此始终只存储一个堆栈

一些智者说：先发制人的优化是万恶之源。

（是的，是的，我知道。TLDR；）

在我曾经工作过的PPC上（我想是860），有两个 缓存、数据和代码。（我想它们不在CPU中，但我 假设他们住在哪里并不重要。）

对于函数调用，特定的GCC编译器（您的编译器 结果可能会有所不同）生成的代码

a） 将函数参数推送到被调用函数的堆栈上（即参数加载）

然后

b） “操纵”堆栈（指针，通常是cpu寄存器）到 为所有外部自动范围建立空间 变量（堆栈变量）。（通常只需添加一个简单的 堆栈指针的字节计数。）

注意：这两个步骤都是在进入 函数/方法代码

按下函数参数将导致某些数据缓存被删除 标记为“触碰”（或者它仍然被称为脏的？），但多久 实际到达堆栈内存的触摸数据取决于 硬件缓存处理程序

函数/方法“entry”（跳转到新pc位置）没有 无需初始化自动变量，这是 程序员的责任。因此，数据缓存不受影响 为了他们

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堆栈内存何时加载到CPU缓存中

修改堆栈数据项时。涉及数据缓存 当代码将数据写入堆栈时

每次函数返回时

没有

每个递归函数调用都需要保存其本地 堆栈帧中的参数

我认为函数调用序列比自动调用序列更重要 在函数开始运行之前，变量已安装在堆栈内存位置，位于从堆栈指针开始的编译器计算的固定偏移量处。因此，当递归（或调用任何其他函数）时，“本地”参数已经在堆栈中，因此已经“保存”。在函数调用（或返回）中不会有额外的另存为一部分

也许您混淆了“函数调用”和“上下文” 开关“？（其中cpu寄存器也必须向ram推出） 函数调用比上下文调用快2到3个数量级 由于此sudo“寄存器交换”和其他操作系统操作而切换

例如，如果我正在进行大量递归函数调用， 它会“垃圾”我的CPU缓存吗

不知道你说的“垃圾箱”是什么意思。（另请参见我下面的最后一段）我猜您正在考虑缓存块大小和潜在触发 以某种方式写入额外的缓存块。既然你提到 递归，也许你担心递归算法会 更容易发生这样的事情

缓存复杂性和缓存块大小的多样性意味着 方法是测试

然而，对我来说，这样的担忧有点像是预先成熟的优化。 如果递归足够快，如果它满足要求，为什么 你能调查一下吗

作为一个例子，我有一些使用递归方法的代码 比循环实现更快（以及 可读）。当您可以实现尾部递归时，您不需要这样做 麻烦手动重新编码并重新测试。“-O3”优化已经完成 完全删除堆栈使用。（易于测试。）

在穿越树时，做一些事情要容易得多 递归地（由于数据结构的限制） 函数正在处理）我是否会遭受大量缓存 由于堆栈单独导致的未命中

就我个人而言，我喜欢递归。如果你的问题“更容易”解决 阅读并理解使用递归，而不是您应该使用它。我 最重视可读性。否则您将如何确定正确性

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在我前面提到的嵌入式PPC上，我可以从命令行启用/禁用数据缓存和指令缓存

我希望指令缓存能够提供良好的性能提升， 我并没有失望

我对数据缓存的期望值较低，对此我感到非常惊讶 在震级上。我当时正在编写的代码 锂