6．4．6 C语言例子
下面通过分析两个C语言的程序段来分析一下高速缓存的工作效率：
程序段1：
程序段2：
在程序段1和程序段2中，M＝1024、N＝16，假定数组元素按行优先方式存放在主存中，主存大小为256 MB，Cache大小为4 KB，按字节编址，主存与Cache交换的块大小为64B，采用直接映射方式且Cache初始为空。则主存有4MB（222）个块，Cache有64（26）个块，主存有64KB（216）个区。现只考虑数据的存放不考虑指令的存放，每个数组元素占4个字节，数组X 在主存中的首地址为0，则数组存放在了主存中的第0～1023 块，如图6．31所示。
分析程序段1，由于Cache初始为空，故X[0][0]不在Cache中，此时在Cache中不命中，需要从主存中调，把主存中含X[0][0]的数据块调入Cache中，即数据X[0][0]～X[0][15]被调入Cache中的第0块。根据程序段1，下一个要访问的数据是X[0][1]，而此数据恰好已经被调入了Cache，故在Cache中命中，直到数据X[0][14]都在Cache中命中，数据X[1][0]是第一次被访问且没有在Cache中，故在Cache中不命中，需要从主存中调块，依次类推。当主存的第64个块被调入Cache时，根据映射规则，需要将其放到Cache中的第0块，而此时这个块内不为空，需要把该块中的数据替换（映射情况如图6．31所示）。计算得到Cache的命中率为15/16，即93．75%。
分析程序段2，X[0][0]的访问同程序段1。但是下一个要访问的数据不是X[0][1]，而是X[1][0]，此时访问顺序不同于存储顺序；X[1][0]还没有被取到Cache中，所以此数据在Cache中不命中，依次类推，会发现，每个数据在Cache中都不命中，而包含需要访问的数据的数据块被调入Cache后，该块中的其他数据又没有被访问过，Cache的命中率为0。该程序以64个字节的跨距访问存储器，局部性不好。很明显能看出，不同的程序可以实现相同的功能，但Cache命中率会差距很大，也就会造成程序的执行时间差距很大。该程序以100个字节的跨距访问存储器，局部性不好。
图6．31 主存中数据的存储及映射到Cache的情况
为了简单地说明问题，举的例子是比较极端的情况，本例主存和Cache交换数据块大小正好是数组一行的数据；其他情况结果可能没有这么悲观（Cache的命中率可能会高一些）。
再看程序段3和程序段4，实现的功能是一样的，但是程序结构不同，程序执行时间也不同。
程序段3在对矩阵的每个元素分别作了乘2运算后，把每个元素累加，由于主存Cache的映像关系，在做完乘2运算后，Cache中的数据是x[959][0]-x[1023][15]中的数据，累加开始的时候Cache不命中，需要重新到主存中取。而程序段4在每个元素乘2后马上做累加，每个元素的被充分利用，提高了局部性，提高了Cache的命中率。
程序段3：
程序段4：
