开始一个for循环需要多长时间

我正在用c++编写代码，其中我可以选择运行1个for循环，其中包含4个加法操作，或者运行4个单独的for循环，每个循环包含1个加法操作。(作为旁注，我正在考虑这一点，因为4-循环1-加法将意味着我在我正在编写的程序中分配1/4的内存)

我本能地期望1-loop-4-addition更快，我做了一个快速基准测试来证明这一点。1-循环-4-加法的时间大约是4-循环-1-加法的一半

我的问题是:是什么过程造成了这种差异?

下面是我用于测试的代码——我是数学家而不是程序员，所以我很有可能会做一些愚蠢的事情。我用的是二维数组因为这就是我要编码的。

#include <stdio.h>
#include <ctime>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int Nx=100;
    int Ny=Nx;
    double holder=0;
    double test[Nx][Ny];
    double test1[Nx][Ny];
    double test2[Nx][Ny];
    double test3[Nx][Ny];
    double test4[Nx][Ny];
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Nx;j++){
            test[i][j]=1;
            test1[i][j]=1;
            test2[i][j]=1;
            test3[i][j]=1;
            test4[i][j]=1;
        }
    }
    clock_t begin= clock();
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Ny;j++){
            holder=holder + test[i][j];
        }
    }
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Ny;j++){
            holder=holder + test[i][j];
        }
    }
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Ny;j++){
            holder=holder + test[i][j];
        }
    }
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Ny;j++){
            holder=holder + test[i][j];
        }
    }
    clock_t end = clock();
    double elapsed = (double) (end-begin)/CLOCKS_PER_SEC;
    cout<<"Time to run 1 addition in 4 for loops="<<elapsed<<endl;
    begin= clock();
    for(int i=0;i<Nx;i++){
        for(int j=0;j<Ny;j++){
            holder=holder + test1[i][j]+ test2[i][j]+ test3[i][j]+ test4[i][j];
        }
    }
    end = clock();
    elapsed = (double) (end-begin)/CLOCKS_PER_SEC;
    cout<<"Time to run 4 additions in 1 for loop="<<elapsed<<endl;
}