循環展開

循環展開（Loop unwinding或loop unrolling），是一種犧牲程序的大小來加快程序執行速度的優化方法。可以由程式設計師完成，也可由編譯器自動優化完成。

循環展開最常用來降低循環開銷，為具有多個功能單元的處理器提供指令級並行。也有利於指令管線化的調度。

例子

for (i = 1; i <= 60; i++) 
   a[i] = a[i] * b + c;

可以如此循環展開：

for (i = 1; i <= 58; i+=3)
{
  a[i] = a[i] * b + c;
  a[i+1] = a[i+1] * b + c;
  a[i+2] = a[i+2] * b + c;
}

這被稱為展開了兩次。

優點

• 分支預測失敗減少。
• 如果循環結構內語句沒有資料相關，增加了並發執行的機會。
• 可以在執行時動態循環展開。這種情況在編譯時也不可能掌握。

缺點

• 代碼膨脹
• 代碼可讀性降低，除非是編譯器透明執行循環展開。
• 循環結構內包含遞歸可能會降低循環展開的效益。

進一步閱讀

Kennedy, Ken; Allen, Randy. Optimizing Compilers for Modern Architectures: A Dependence-based Approach. Morgan Kaufmann. 2001. ISBN 1-55860-286-0. 

外部連結

• Chapter 7, pages 8 to 10, of Michael Abrash's Graphics Programming Black Book is about loop unrolling, with an example in x86 assembly.
• [1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Generalized Loop Unrolling, gives a concise introduction.