32、算法与软件性能：差异、挑战与必备算法

算法与软件性能：差异、挑战与必备算法

1. 算法到软件过渡的问题

从算法过渡到软件时，可能会出现很多问题。算法复杂度分析虽能为追求高效软件的程序员提供有价值的信息，但也存在局限性。它是唯一能在不运行程序的情况下，合理预测给定输入数据下程序运行时间的方法，然而实际情况中存在诸多影响因素。

2. 算法与软件在内存方面的差异

• 内存模型差异 ：算法分析假设内存无限且访问均匀，而实际计算系统有内存层次结构，包括寄存器、缓存、主存和外存（磁盘），这些都是有限的。不同类型内存的访问时间和方式差异很大，例如从外存检索数据比从缓存检索慢6 - 7个数量级。
• 数据访问复杂性 ：访问数据时，往往需要检索比所需更多的内容，如缓存要加载整个缓存行，主存要加载整个页面或块。同时，内存管理也很复杂，缓存和主存的稀缺性意味着安装新数据可能会替换旧数据，如果旧数据被修改过还需存回。数据位置对代码性能影响巨大，性能差异达三个数量级并不罕见。

内存类型	访问速度	数据检索特点
缓存	快	需加载整个缓存行
主存	适中	需加载整个页面或块
外存