为什么嵌套循环比扁平循环执行得快得多？

在程序设计中，循环（loop）是一种重要的控制结构，用于重复执行一段代码块。在嵌套结构中，一个循环语句可以被包括在另一个循环语句中。这种嵌套循环结构比扁平循环结构执行得快得多。那么，为什么会出现这种情况呢？

硬件问题

一方面，这可能是因为硬件上的原因。在现代计算机体系结构中，CPU 通常需要从内存中读取数据。这种读取操作需要一些时间，而且它们通常是计算机运行速度的瓶颈。当使用嵌套循环结构时，内存中的数据往往可以更好地利用，从而减少从内存中读取数据的次数。因此，嵌套循环结构可以更好地利用现代计算机的体系结构，从而更高效地执行。

编译器的优化

另一方面，编译器也可以对代码进行优化。编译器可以分析代码来查找重复结构和模式。当编译器遇到嵌套循环结构时，它可以将内部循环的代码块移动到外部循环代码块的内部，从而生成更高效的代码。

下面是一个使用嵌套循环结构的简单示例：

for i in range(100):
    for j in range(100):
        print(i, j)

在这个示例中，第一个循环（外部循环）执行 100 次，而第二个循环（内部循环）在每次外部循环迭代中执行 100 次。这意味着循环总共执行了 10000 次。如果我们使用扁平的循环结构来完成同样的任务，代码可能如下所示：

for k in range(10000):
    i = k // 100
    j = k % 100
    print(i, j)

在这种情况下，每个循环迭代只执行了一次。代码块中的代码行数相同，但是实际执行的指令数要少得多。此外，编译器可以将内循环的代码移动到外循环内，从而更有效地利用 CPU 缓存。

综合起来，嵌套循环比扁平循环执行得快得多。这与现代计算机的体系结构和编译器的优化有关。在编写代码时，应该尽可能采用嵌套循环结构，从而更好地利用现代计算机的性能。