使用模运算做数组索引出现10倍性能损耗问题咨询

• 下标位置的模运算阻断了编译器优化，拉长了执行依赖链
  当% size放在下标计算逻辑中时：
  1. 编译器单独编译函数时，无法假设运行时传入的jump恒为0、size非零，因此无法将currentIndex优化为恒定值0
  2. 数组访存的地址完全依赖模运算的输出结果，CPU必须等模运算执行完成才能发起内存读取请求，即使L1缓存命中也需要额外等待多个周期，流水线无法做超标量重排优化，执行效率极低
  3. 移除% size后，currentIndex恒等于初始值0，编译器可以直接将array[0]预加载到寄存器中，后续5亿次循环全部为寄存器操作，不需要重复访存，速度自然提升10倍以上
• 取值后的模运算没有访存依赖，开销可忽略
  当你把模运算挪到数组取值之后total += array[currentIndex] % size时：
  1. 此时currentIndex没有模运算逻辑，编译器可以直接确定其恒定为0，会将array[0]的值提前加载到寄存器
  2. 后续循环的模运算仅针对寄存器内的固定值执行，没有访存依赖，arm64架构下的模运算仅需3-4个单周期指令即可完成，流水线可以满负荷执行，所以整体性能差异几乎感知不到
• 补充验证方法
  你可以给函数加上static修饰，同时在同一编译单元内调用且显式传入jump=0的常量，开启全程序优化（LTO），此时编译器可以感知到jump恒为0，会自动优化掉% size的开销，两者性能差异会消失。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pop Flamingo