C++ 提高三维阵列的性能

我试着在巨大的3D结构阵列中循环，但它运行得太慢了。 然后我用1D数组代替3D数组，但没有成功

我使用下面的结构来描述一个3D网格单元的参数：

struct cellStruct
{
    double v1;
    // more variables here
    double v15;
    double v16;
    double v17;
    double v18;
};

请看两种常用的方法

三维阵列

#define Nx 500
#define Ny 500
#define Nz 500

cellStruct ***cell;
cell = new cellStruct **[Nx];
for(int i=0;i<Nx;i++)
{
    cell[i]=new cellStruct *[Ny];
    for(int j=0;j<Ny;j++)
        cell[i][j]=new cellStruct [Nz];
}

for (i = 0; i< Nx; ++i)
    for (j = 0; j< Ny; ++j)
        for (k = 0; k< Nz; ++k)
        {
            // big algorithm that uses array like in string below
            cell[i][j][k+1].v1 = cell[i][j+1][k-1].v2 *
                                 cell[i+1][Ny-1][k+1].v5;
        }

---

井500^3相当大->125M单元

• 因此，静态分配是不可能的
• 每个double都是8字节，因此对于8B x 125M内的每个double，它的值都是1G字节（在本例中，G是1000^3，而不是1024^3！！！）
• 因此，单元内的每个双变量约为1GB
• 那么，定义n[GB]数据处理的慢运行时间意味着什么

您只能执行以下操作：

1.重写计算以提高效率

• 所以计算出的数据至少适合一级缓存
• 这意味着要分块计算所有数据
• 当然，如果你没有重复使用细胞，那么你没有什么可以改进的

2.使用多线程

• 尽量使你的计算并行化
• 但是你的数据太大了，所以这种方法甚至会减慢速度，所以要小心
• 当您的数据不适合缓存时，您的计算能力就像更强大的386机器

3.打包输入数据

• 对您来说，最好的选择是一些单元格打包算法
• 它们是不是体素的
• 因此相邻单元应相似（区域内）
• 我强烈推荐RLE（运行长度编码）
• 对于这类数据，它是快速且非常有效的（至少对于我假设您使用的数据）
• 如果您的数据不适合RLE，则将单元格划分为多个区域，并使用DCT/iDCT（如jpg压缩）
• 打包/解包数据将大大缩短计算时间
• 因为打包后的数据集可能会非常非常小

---

由于您希望提高缓存效率，因此将结构数组转换为阵列结构将对您有所帮助

我几乎可以肯定，为了使数组结构更有效，您也必须将三重间接指针转换为一维数组

struct cellStruct
{
    double* v1; // you can use std::vector<double> instead of double*
    // more variables here
    double* v15;
    double* v16;
    double* v17;
    double* v18;
};

---

如果您的大小都是预处理器定义，那么您最好声明

cellStruct[Nx][Ny][Nz]

。另外，请注意，在第一个示例中，您的程序可能会因为（k=0；k）的

而崩溃。这可能会提高性能。此外，当您的结构单元只包含双精度时，您也可以尝试将其编写为数组，以便
单元[i][j+1][k-1]。v2
变成
单元[i][j+1][k-1][2]
，也许这有更大的优化潜力…最近有助于解决类似的性能问题，因此请查看我的答案以获取见解。切换到浮动时，处理数据会减半，因此bullet 3更适合您。另外，指针魔术不会为您带来任何有用的效果
struct cells
{
    double ***v1;
    // ...
    double ***v15;
    double ***v16;
    double ***v17;
    double ***v18;
};

struct cellStruct
{
    double* v1; // you can use std::vector<double> instead of double*
    // more variables here
    double* v15;
    double* v16;
    double* v17;
    double* v18;
};

#define CELL_ACCESS(cells,vn,i,j,k) (cells.vn[(i)*Ny*Nz + (j)*Ny + (k)])
cellStruct cells;
cells.v1 = new double[Nx*Ny*Nz]; // if you use std::vector, adjust code accordingly
cells.v2 = new double[Nx*Ny*Nz];
...
for (i = 1; i< Nx-1; ++i)
    for (j = 1; j< Ny-1; ++j)
        for (k = 1; k< Nz-1; ++k)
        {
            CELL_ACCESS(     cells, v1, i,   j,    k+1) =
                CELL_ACCESS( cells, v2, i,   j+1,  k-1) *
                CELL_ACCESS( cells, v5, i+1, Ny-1, k+1);
        }