向量化是一種編程技術,它通過將程式中的標量代碼轉換為向量代碼來充分利用現代處理器的並行處理能力,從而提高代碼的執行效率。基本思想是對一組數據(或數據向量)執行相同的操作,而不是對單個數據元素逐一執行。這樣可以使處理器在同一時間內處理多個數據元素,顯著提高代碼的運行效率。
例如,假設有兩個整數數組A和B,想要計算它們的元素之和並將結果存儲在數組C中。在非向量化的代碼中,可能會使用循環逐個元素相加:
```c
for(int i = 0; i < n; i++){
C[i] = A[i] + B[i];
}
```
而在向量化的代碼中,可以利用處理器支持的SIMD(Single Instruction, Multiple Data,單指令多數據)指令集,一次性處理多個元素:
```c
for(int i = 0; i < n; i += 4){
C[i:i+3] = A[i:i+3] + B[i:i+3];
}
```
在這個例子中,一次加法操作處理了4個元素,這樣的代碼可以更快地執行。實現向量化需要考慮數據對齊、處理器快取以及處理器特定的指令集等因素。許多程式語言和庫提供了內建函式(intrinsics)和其他工具,幫助開發者更容易地編寫向量化的代碼。
內建函式是一種特殊的函式或操作,它直接映射到特定的處理器指令,而不是通過常規的函式調用機制來實現。內建函式的目的是讓開發者能夠直接利用某些硬體的特性或指令,以提高代碼的運行效率或實現特定的功能。例如,許多現代處理器支持在單個操作中處理多個數據元素,通過內建函式,開發者可以直接使用這些指令,而無需手動編寫低級的彙編語言代碼。