finish hw04

[QifanWang]

优化效果

环境：Win10 WLS/Ubuntu 20.04 + GCC9.3.0_x86_64

优化手段	耗时	加速比
initial	6275 ms	1
AOS -> SOA	4338 ms	1.45
AOS -> SOA -O3	1695 ms	3.70
AOS -> SOA -O3 -ffast-math -march=native	182 ms	34.48

说明

• AOS -> SOA

1. 修改 stars 为 Struct of Array 的类型，修改相应的计算代码。这里用 C array 而不是 std::array<float, N> 因为感觉没有必要上模板（计算逻辑不是十分依赖STL与模板，有时间可以比较两种数组的优化）。
2. 并提取部分公共子表达式，如 G * dt 。将部分常量用 const 修饰以期 compiler 优化。值得注意的是，不是所有公共表达式都需要提取，如 1 / RAND_MAX * 2 就不能。因为 1 / RAND_MAX 就是 0.0f ，这会导致计算逻辑错误。

• -O3 -ffast-math -march=native
  开启编译器优化前后，对比汇编代码，在优化后 step 函数原来的标量计算指令，许多都被替换成 mulps、addps 与 shufps 等 SIMD 指令的结合操作，而且有循环的展开，使得计算速度大幅提升。