C++性能优化:代码优化

代码优化

本章主要讲的是比较广泛的一些编程中遇到的降低性能的操作,并且改正的方法。
比如说我们会遇到冗余计算的问题。在一次循环中,每次都需要计算一个值,这样可以将这个值的计算放到循环外面;再比如需要在两个不同的函数中调用同一个函数,结果相同。这样的话我们可以静第一次调用得到的结果用参数传递给另一个函数,而不需要在另一个函数中再执行一遍。

static a = 1;

void func()
{
    void* x = func1(a);
    g(x);
}

void g(void* x)
{
    ...
}

缓存

其实这一点讲的和上面的有些类似。在循环中有些可以确定的结果可以先写到循环外面,把结果缓存到局部变量,然后在循环中直接读取局部变量的值。

for(int i = 0; i < size; i++)
{
    time = find(a, b, getItem());
}
// 计算之后缓存在变量中
int issenstive = getItem();
for(int i = 0; i < size; i++)
{
    time = find(a, b, issenstive );
}

预先计算

预先计算和高速缓存是分不开的。在缓存某个计算结果时,付出的代价是在关键路径中执行一次计算。预先计算可以避免这类第一次的计算。看下面的例子,web服务器中常用到的大小写转换的函数,如果没次调用在程序中是个不小的开销。所以我们需要想办法先做好大小写转换的计算。比较好的方法就是处理一个函数,这个函数先将大小写的对应关系存在数组中,这样的话后续进行转换可以直接进行每个字母的赋值。代码如下:

char upperCaseTable[256] = {0};

void initLookUpTable()
{
    for (int i = 0;  i < 256; i++) {
		upperCaseTable[i] = toupper(i);
	}
}

void trans()
{
    for (char* p = header; *p; p++) {
		*p = upperCaseTable[*p];
	}

	if (0 == memcpy(header, "ACCEPT", 7)) {
		...
	}
}

降低灵活性

在提高性能之前,往往都会进行简化问题的假设。比如在web服务器需要知道客户发起的请求的ip,我们会在每次请求时创建一个空间来存储,请求结束再释放掉,这样的做法如果很频繁是比较耗时的。我们最好是把它改为局部的变量。这样可以减少大量new和delete的工作。

80-20规则:提高常用路径的速度

80%的执行会遍历20%的代码,而80%的时间消耗在执行路径上20%的函数上。以上就是所谓的80-20规则。
在进行条件判断语句的时候也会出现不同的性能差别。比如if(e1||e2)这个表达式,如果e1为false的话,e2也需要判断。但是,如果为true的话,e2就可以不用进行计算,这样的话就节省了判断e2计算的时间。并且在我们使用这类判断的语句时,最好是把最可能变为true的条件语句放在最前面。

缓式计算

将该运行的计算推迟到真正需要的时候运行,因此叫缓式计算。因为有些语句会把很多变量写在代码的最前面,然后调用的时候往往不会被执行,从而浪费创建的时间。

无用计算

无用计算指的是在代码中完全没有意义的计算。比如说在一个构造函数中的无用初始化。比如

class Apublic:
    A(char* nm){name = nm;}
private:
    string name;
};

上面的例子中构造函数中的赋值就是无意义的,因为类在构造的时候string会调用构造函数,此时name就会被初始化,然后执行A的构造就相当于对name再次赋值。正确的做法是加上默认参数,A(char* nm):name(nm){}。这样就明确了name在初始的时候调用的string构造函数。

系统体系结构

数据存储在不同的情况下会存储在不同的区域。比如说一个类有两个函数一个200大小的数组。这样的话如果初始化顺序是先变量,后数组,然后再是变量的话,这样的话a和c很可能不在同一个缓存区,加载的时候会慢。

总结

在软件的性能和灵活性之间会存在一种拉力。对于80%的时间运行在20%的代码部分,性能通常需要在损失灵活性的基础上得到提高。
他可能过过存储之前计算的结果也可以节省许多计算的时间。
使用高效的算法和数据结构是实现高性能软件的必要但不充分条件。
有些代码的计算只有在特定条件下生效,那么应该放在代码执行的部分。
大型项目由于软件的迭代导致许多无用代码的产生,去掉这些无用代码有助于性能的提升。

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