程序性能优化的常用技术
程序性能优化的常用技术
Version 1.0
2008-4-28
以下内容主要摘自《程序设计方法与优化》（西交大出版）。
l 优化分类：
Ø 算法级优化，
Ø 语音级优化，如减少需要执行的语句，指针移动代替内存copy，初始化操作放到开始等
Ø 指令级优化，常针对关键部分进行。
l 优化内容：
1， 代码替换：使用周期短的指令代替周期长的指令；
2， 分支预测，指令预读：Pentium以上CPU执行指令前会预读一些指令，有分支会造成预读失效；
3， 并行指令；
4， MMX指令，一次可处理8字节的数据；
l C、C++基本优化方法：
1、 自加、自减指令有利于编译器生成高效代码，a=a-n会比a-=n多出几条汇编指令；
2、 使用位移代替*/，如a=a*9 >> a=(a<<3)+a；
3、 减少运算强度，如用a&7代替a%8；
4、 提取公共子表达式：e=b*c/d; f=b/d*a >> t=b/d; e=c*t; f=a*t;
5、 避免整数除法——除法是最慢的；
6、 将不依赖循环的操作提到循环之外；
7、 内存换速度，如将某些复杂运算的结果存储起来，使用时直接查表；
8、 数据类型，32位快于16位或者8位；无符号型常用于除法余数、循环计数、数组下标，有符合型常用于浮点型的转换；
9、 数组类型较指针有利于编译器执行优化；
10、 使用for(;;)代替while(1)，前者只生成一条汇编代码，而后者是好几条，且有寄存器操作；
11、 分解小循环以利用CPU指令缓存，for(i=0;i<4;i++){r[i]=m[i]*v[i]}的效率不如去掉循环直接写4条语句；
一个测试数据：VC6Debug版未分解版本耗时2.3秒，分解版本1.4秒；Release版未分解时耗时0.7秒，分解版本耗时0秒；
12、 避免读写依赖——数据必须正确写入后才能再次读取，如：
For(u_int k=1; k<10; k++){
X[k] = x[k-1]+y[k]; //x[k]依赖x[k-1]，而后者在不断变化
}
更改为：
T=x[0];
For(u_int k=1; k<10; k++){
T += y[k];
X[k]=t;
}
VC6下的测试，Debug版两种方式性能基本无差别，大概都是4秒；Release版后者比前者快，如前者需1.7秒，后者只需0.7秒；
13、 多算式融合，如将a[i];i++ >> a[i++]，前者可能需要读两次i而后者只需一次；
14、 优化switch：switch可能转化为跳转表或比较链/数（case使用小而连续的整数可保证它转化为跳转表）；将最可能的值放到前面有利于比较链形式时的性能——对多if判断也应这样做；
15、 注意指针参数，编译器难以对指针参数进行优化，建议多使用本地变量而避免频繁使用指针变量；
16、 避免C++中临时对象的产生，构函中使用初始化列表而非传统赋值，避免内部对象的默认构造；
17、 使用static、inline；
18、 使用指针及引用代替结构赋值；
19、 I/O，提供文件I/O的方法——内存缓冲与内存映射文件；
一些编程风格建议：
l 使用初始化列表而不是在构函中赋值，并尽量使其顺序与成员定义的顺序一致，这可以避免某些编译器的告警；
l 基类中定义的virtual函数，子类中override时给函数也加上virtual关键字，这样代码读起来比较方便；
l 文件最后留几个空行，以避免某些编译器的告警；
l 注意文件名大小写；
l 编译宏定义写到文件中尽可能靠前的位置；