Intel编译器的强大pragma：unroll_and_jam()/nounroll_and_jam()

Intel官方文档

Hints to the compiler to enable or disable loop unrolling and jamming. These pragmas can only be applied to iterative FOR loops.
指示编译器打开或者关闭循环展开阻塞。仅适用于for循环。

Syntax

#pragma unroll_and_jam
#pragma unroll_and_jam (n)
#pragma nounroll_and_jam

pragma直译为编译指示，但此处翻译为(编译器)导语，即指示编译器做的。fuse和jam意思一样，只是惯用jam。

Arguments
n ：is the unrolling factor representing the number of times to unroll a loop; it is an integer constant from 0 through 255.
n是展开因子，表示循环展开次数，是0-255的一个整数（实测最新版Intel编译器Version 19.1.1.217 Build 20200306只支持最大为16）

Description

The unroll_and_jam pragma partially unrolls one or more loops higher in the nest than the innermost loop and fuses/jams the resulting loops back together. This transformation allows more reuses in the loop.

unroll_and_jam导语展开最内层循环以外的循环(即至少是个二层循环，不能用于展开单层循环)，并且将展开后的循环融合/阻塞在一起（类似openmp的collapse，平铺循环）。

This pragma is not effective on innermost loops. Ensure that the immediately following loop is not the innermost loop after compiler-initiated interchanges are completed.

该导语在最内层的循环上无效。 在编译器启动的交换完成（编译器可能会交换多层循环的顺序）之后，请确保紧随其后的循环不是最内层的循环。

Specifying this pragma is a hint to the compiler that the unroll and jam sequence is legal and profitable. The compiler enables this transformation whenever possible.

指定这个导语是告诉编译器要展开且阻塞的嵌套循环是合法有益的。编译器会尽可能启用该转换。

The unroll_and_jam pragma must precede the FOR statement for each FOR loop it affects. If n is specified, the optimizer unrolls the loop n times. If n is omitted or if it is outside the allowed range, the optimizer assigns the number of times to unroll the loop. The compiler generates correct code by comparing n and the loop count.

该导语必须在for语句之前。如果指定了n，优化器将循环展开n次，如果省略n或者超过允许的范围，那么将由优化器自行指定n（没有手动指定效果好），编译器通过比较n和循环次数生成正确的代码。

This pragma is supported only when compiler option O3 is set. The unroll_and_jam pragma overrides any setting of loop unrolling from the command line.

只有开启了编译器选项O3时才支持此编译指示。它会覆盖掉命令行中与循环展开有关的任何设置(例如-funroll-loops)。

When unrolling a loop increases register pressure and code size it may be necessary to prevent unrolling of a nested/imperfect nested loop. In such cases, use the nounroll_and_jam pragma. The nounroll_and_jam pragma hints to the compiler not to unroll a specified loop.

当展开一个循环会增加寄存器压力和代码大小时，可能有必要防止展开嵌套/不完美的嵌套循环。 在这种情况下，请使用nounroll_and_jam导语。 nounroll_and_jam提示编译器不要展开指定的循环。

Example: Using unroll_and_jam pragma

int a[10][10];
int b[10][10];
int c[10][10];
int d[10][10];
void unroll(int n)
{
    int i,j,k;
    #pragma unroll_and_jam (6)
    for (i = 1; i < n; i++) {
       #pragma unroll_and_jam (6)
       for (j = 1; j < n; j++) {
          for (k = 1; k < n; k++){ //此处为最内层循环，不能放这里
            a[i][j] += b[i][k]*c[k][j];
            }
       }
    }
}

Parallel Programming Guidefor HP-UX Systems，P88

原理
阻塞的目的是数据重用。
循环展开和阻塞转换主要是为了增加寄存器利用率，并在嵌套循环的迭代中减少了内存存取。改进的寄存器使用率减少了对内存访问的需求，并允许更好地利用某些机器指令。
根据上面书籍的P74，数据重用分为空间重用与时间重用。

• 空间重用
  主要利用缓存行对齐，这样在取用一次缓存行之后，后面的数据可能已经顺带被缓存到同一缓存 行中，可以直接取用。
  如果查看缓存行大小
  cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/coherency_line_size
  cat /proc/cpuinfo
• 时间重用
  主要针对多次迭代中重复使用的数据(例如每次迭代下标都不变的数组)，将其阻塞在缓存中。
  当还有最外层的循环承载空间或时间重用时，遍历数组的循环是阻塞的候选对象。 阻塞最内层的循环允许外层循环所引用的数据在多次迭代中保留在缓存中。 阻塞通过确保一旦获取缓存行直到其空间重用用尽才被覆盖来利用空间重用。 类似地利用了时间重用。
  例子：cache blocking、loop blocking：分块的思想，大任务分解为小任务，这样更适配cache。

其他
unroll_and_jam pragma ignored but no reason specified

水平有限，如有错误，敬请指正！