性能优化:C++语言瓶颈(转)

 

C++的一些语言特性比其它语言更容易形成性能的瓶颈,作为优秀的程序员,应当了解并避免这些瓶颈,一个程序的性能问题到底有多少是取决于使用的语言?使用汇编就一定比使用C++效率高吗?因此,遇到性能问题,首先应检查和反思程序的总体架构,然后用性能检测工具进行准确测量,再针对瓶颈进行分析和优化,这才是正确思路。

不可否认的是,C++比其它语言更容易产生瓶颈:

•缺页导致的外部存储调用,引起IO消耗瓶颈。
•动态内存申请和释放。在C/C++中,从堆中申请和释放内存是一个复杂的过程,因此要尽可能优先考虑从栈中获得内存。
•复杂对象的创建和销毁。对象的调用往往涉及到深层次的递归调用,从而隐形的引起临时对象。
•函数调用。函数调用有固定的开销,当函数调用引起的开销大于函数自身处理的开销时,需要考虑内联函数。


C++作为面向对象语言,拥有更清晰地结构和语言特性:

1.构造和析构函数
•构造函数是对象最先被执行的函数,用来初始化该对象的初始状态和使用前需要准备好的资源。
•析构函数是对象最后被执行的函数,用来释放对象拥有的资源。
1: class Derived:public Base  

2: {  

3: public:  

4:     Derived():i(10), name("unnamed")    //初始化列表  

5:     {  

6:         ......  

7:     }  

8:     ......  

9: private: 

10:     int i;                              //变量声明 

11:     string name 

12: } 

13: //构造对象的成员变量时,严格按照声明顺序进行初始化,与其在初始化列表中出现的顺序无关 

14: //成员变量即使没有出现在初始化列表中,也会在初始化操作被赋予默认值这意味着在进入构造函数前,类的对象和变量就已经被生产和构造,应该将初始化信息在构造的初始化列表中进行,从而避免再构造中有进行一次操作。

2.虚拟函数和继承
虚拟函数是C++语言引入的重要特性,提供“动态绑定”的机制,正是由于这项机制使得继承的语义变得相对清晰。

如果数据成员在各个派生类中都需要,就需要将其声明在基类中;
如果该操作对个派生类都有意义,无论其语义是否被修改,就需要声明在基类中。

如果各个派生类语义完全保持一致,那么这些操作就是基类的非虚拟函数;
如果该操作在各个派生类中语义无法统一,那么就要将其声明为虚拟函数。

每个支持虚拟函数的类,都有一个虚拟函数表,表的项和虚拟函数的个数成正比;
每个支持虚拟函数类的实例,都有一个指向该类对应虚拟函数表的指针,每个实例只有一个指针。

支持虚拟函数类的实例生成时,编译器会在其构造函数中插入代码来初始化虚拟函数指针,使其指向正确的虚拟函数表;
调用虚拟函数,和普通函数调用相比,会多一个根据虚拟函数指针找到虚拟函数表的操作。

虚拟函数只有在运行时才能进行确切调用,无法进行“内联”。

3.临时变量
有时候,C++的问题在于“自作聪明”,为了适应用户的调用从而产生了大量隐形的临时对象。

产生临时对象的场合一般有以下两种:

•当实际调用函数时传入的参数与函数定义中声明的变量类型不匹配,C++会很“贴心”的产生很多辅助函数用于类型转换。
•当函数返回一个对象时。
4.内联函数
所谓“内联”,即调用的函数体代码被直接地插入到该函数被调用处,而不是通过call语句进行跳转。

1: inline string GetName()                   //类外声明需要inline标识  

 2: {  

3:     return name;  

4: }  

5:    

6: class Student  

7: {  

8: public:  

9:     String GetName()    {return name;}    //类内声明不需要inline标识 

10: }内联函数的调用和替换需要在编译器上进行,考虑到编译器是以文件为单位进行独立处理,应该将内联函数的定义放在头文件中进行。


对于内联函数,我们得对它的特性有深刻的认识:

•使用内联函数,可以减少系统开销,主要是函数调用过程中产生的栈开销。
•编译器在处理内联之后,可供分析的代码更多,因此可以做更深入的优化。
•采用内联函数代码会被拷贝多份,如果调用产生的开销大于内联函数本身,产生的最终代码量会比普通函数少。
•内联函数分布在头文件中,修改将导致整个工程重新编译。
•如果依赖库中包含内联函数,依赖库修改,将导致整个工程修改。
 

总而言之,C++确实引进了许多容易造成瓶颈的特性,然而一个程序的性能往往是因为该程序的功能和复杂度引起的,而非语言本身。
在确定瓶颈问题时,需要通过系统的测试仔细分析,从而得出真正的瓶颈所在,而不能轻下定论。


 

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