多维数组内存布局与访问模式匹配度决定缓存性能：行优先存储下，行主序遍历步长为1，空间局部性最优；列主序遍历步长为N，导致缓存命中率骤降、性能下降2–5倍。
多维数组在内存中是按行优先（C语言默认）或列优先（如Fortran）顺序连续存放的。局部性原理直接影响访问效率——访问模式与存储布局越匹配，空间局部性越好，缓存命中率越高，性能提升越明显。
行优先存储与行主序遍历最配
以二维数组 int a[M][N] 为例，C语言将其在内存中按“第一行全部元素、第二行全部元素……”顺序排列。若用双重循环先固定行号 i、内层遍历列号 j（即 a[i][j]），每次访问的地址递增1个元素大小，形成步长为1的引用模式。这种访问方式具有优异的空间局部性。
- CPU缓存能一次加载连续多个数组元素（如一个cache line含16字节，可覆盖4个
int） - 后续迭代大概率命中缓存，避免频繁访问主存
- 编译器也更容易做向量化优化（如SIMD指令）
列主序遍历会严重破坏空间局部性
若交换循环顺序，先遍历列 j、再遍历行 i（即 a[i][j]），实际访问的是 a[0][j]、a[1][j]、a[2][j]……这些元素在内存中相隔 N × sizeof(int) 字节（即整行长度）。步长等于行宽，属于大步跳转。
- 每次访问都可能触发缓存不命中，需从主存重新加载新行的一个元素
- 缓存行利用率极低（一行只用1个元素，其余15字节浪费）
- 实测性能常下降2–5倍，尤其在大数组或高缓存延迟场景下更明显
步长是衡量空间局部性的关键指标
步长（stride）指相邻两次内存访问地址之差（以元素为单位）。步长越小，空间局部性越强。对于二维数组：
- 行主序访问：步长 = 1（最优）
- 列主序访问：步长 = M（若按列数N遍历，则步长 = N；取决于外层循环维度）
- 间隔访问（如
a[i][2*j]）：步长 = 2，局部性已开始下降
一般规律是：步长每翻倍，缓存行有效载荷减半，空间局部性线性劣化。
结构体数组和非连续布局需额外注意
若数组元素是结构体（如 struct {int x; double y;}），其大小不一定是自然对齐的倍数，可能导致相邻元素跨缓存行边界；若使用指针数组（如 int *a[M]）模拟二维数组，各行内存不连续，彻底丧失空间局部性。
- 建议优先使用真正二维数组（
int a[M][N]）而非指针数组 - 结构体成员按大小降序排列，有助于紧凑填充、减少padding
- 必要时用
__attribute__((packed))或手动对齐控制布局
