Loop unrolling when the number of Iterations is unknown

📌 “Loop unrolling при неизвестном числе итераций”

Развёртка (unrolling) цикла — техника оптимизации, при которой тело цикла копируется несколько раз для уменьшения количества итераций и накладных расходов на переходы. Если количество итераций неизвестно на этапе компиляции, применяют частичную развёртку с хвостовой обработкой.

🧠 Как работает

Идея: выполнить развёрнутые блоки по несколько итераций за раз, а затем — остаток, который не делится на размер развёртки.

Пример: частичная развёртка по 4

void process(int *a, int n) {
    int i = 0;
    for (; i + 3 < n; i += 4) {
        a[i]   *= 2;
        a[i+1] *= 2;
        a[i+2] *= 2;
        a[i+3] *= 2;
    }
    for (; i < n; i++) {
        a[i] *= 2; // хвост
    }
}

• Основной блок: обрабатывает по 4 элемента

• Хвостовой блок: обрабатывает остаток n % 4

Компиляторы (например, gcc, clang) могут делать это автоматически с флагами -funroll-loops, но ручной контроль даёт лучшие результаты в критичных местах.

⚙️ Где применяется

Область	Цель
DSP / SIMD	Снижение накладных расходов на переходы
HPC	Увеличение ILP (параллелизма на уровне инструкций)
Embedded	Предсказуемость времени исполнения
Compiler design	Генерация эффективного кода

✅ Преимущества

• Повышает производительность на CPU с широкой конвейерной архитектурой

• Улучшает работу Instruction cache

• Позволяет использовать SIMD (например, с AVX, NEON)

❌ Недостатки

• Увеличивает размер кода (Code bloat)

• Может ухудшить ICache-локальность

• Требует точной настройки unroll-factor

• Неэффективен при малом числе итераций