时间空间局部性原理

今天在工作中听到同事说到了时间，，空间局部性原理，这是一个从来没有听到过的名词，所以自己上网查找学习了一下，在此做个总结。

一、定义
在CPU访问寄存器时，无论是存取数据抑或存取指令，都趋于聚集在一片连续的区域中，这就被称为局部性原理。
时间局部性（temporal locality）
时间局部性指的是：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用（通常在循环中）。
空间局部性（spatial locality）
如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用。

二、例子

int a[N] = {0, 1, 2, 3, 4};
int sum = 0;

for (int i = 0; i < 5; ++i)
{
    sum = sum + a[i];
}

在这个例子中，变量在内存中的存储结构如下：

可以看出从a[0]到a[4]的地址位是连续的，而且程序中访问这些变量频率较高，所以对与a来说，其具有良好的空间局部性，但是每个a成员只被访问一次，所以并不具有良好的时间局部性。
但是对于变量sum来说，其由于其是一个标量，也就是说通过其地址只能得到一个值，故其不具有良好的空间局部性，但是由于其访问频率较高，所以有良好的时间局部性。
通过以上结论可以推出，对于向量a来说，如果其访问顺序和存储顺序一致，那么a的变量之间距离太远，那么其空间局部性越差，因为CPU没办法在其附近找到其他变量，所以空间局部性和a的步长有很大的关系，步长越长，空间局部性越差。
同理，如果一个变量被访问的频率越高，其时间局部性就越好。

取指令的局部性
指令存子啊存储器中，CPU要读取指令必须取出该指令，所以就可以评价取指令的局部性。
在for循环中，循环体内的指令多次被执行，所以有良好的时间局部性，
循环体中的指令是按顺序执行的，有良好的空间局部性（指令在存储器中是顺序存放的）。

小结
评价局部性的简单原则：
1.重复引用同一个变量具有良好的时间局部性。
2.对于步长位k的引用程序，步长越小，空间局部性越小。步长为1的引用具有良好的空间局部性。k越大，空间局部性越差。
3.对于取指令来说、循环有良好的时间和空间局部性。

参考资料：(http://www.cnblogs.com/yanlingyin/)