我正在阅读一本 C 语言书，上面写着“编写一个从 1 数到 3 亿的程序，只有当它是 1 亿的倍数时才打印数字。用秒表来计时这个程序，很有趣！”
我并不是特别想计算时间，但如果不使用 GCC 进行任何优化，时间大约为 0.85 秒，而进行优化后，时间大约为该时间的一半。
处理器怎么会这么快？我猜它们使用了一些特殊的方式来计数（或者是 gcc 编译它的方式？），但它们是如何做到计数这么快的？
答案1
这很大程度上取决于您对“快”的定义。
3Ghz 处理器每秒有 30 亿个周期。每个周期可执行的指令数量取决于许多因素，包括指令集、内核、架构以及正在执行的任务。处理器经过精心设计和优化，可以在单个周期内执行尽可能多的任务。
但是，对于这个相当简单的任务，我们可以假设最坏的情况是每个周期只有一条指令。
那么问题就变成了“为什么数到 3 亿要花整整 0.85 秒？毕竟这是一个简单的增量，需要通过测试才能完成。它应该花费比这少得多的时间。
导致速度变慢的是周期性输出。输入/输出操作是这里的瓶颈，而且通常如此。输出一个简单数字所需的代码量比计数器大几个数量级，并且必须与 CPU 之外的子系统交互才能将信息显示在屏幕上。
取出您的打印件并查看其运行速度有多快。
答案2
1 GHz 处理器每秒能够执行 10 亿条指令（忽略超线程流水线多核和其他 CPU 功能，允许一次执行多条指令）。
增加计数器的指令只有 1 条指令，具体取决于您如何检查 1 亿以及 gcc 如何优化它，检查可能会减少到几个指令，这可能也是微不足道的，因为现代编译器具有前瞻/分支预测功能，这意味着您的 CPU 会假定该数字不是 1 亿的倍数，并将继续增加您的计数器，直到它得到实际比较的结果，如果是 1 亿的倍数，它将自行回滚到检查并执行您的打印语句，由于它需要处理 CPU 之外的硬件，因此速度会相当慢。
因此，增加打印次数会在两个方面减慢速度，1 它会更频繁地失败测试，但打印所花费的额外时间更为显著。