C/C++代码优化的27条建议

本是古典何须时尚 2022-08-08 00:58 256阅读 0赞

这篇文章是极客上阅读量很大的一篇文章，通过博友的翻译，加上我的转载和小改动，以便经常查看，方便以后进行代码优化时拿来做参考。

### 1. 记住[阿姆达尔定律][Link 1] ###

· *funccost*是函数func运行时间百分比，*funcspeedup*是你优化函数的运行的系数。

· 所以，如果你优化了函数*TriangleIntersect*执行40%的运行时间，使它运行快了近两倍，而你的程序会运行快25%。

· 这意味着不经常使用的代码不需要做较多优化考虑（或者完全不优化）。

· 这里有句俗语：让经常执行的路径运行更加高效，而运行稀少的路径正确运行。

### 2. 代码先保证正确，然后再考虑优化 ###

· 这并不意味着用8周时间写一个全功能的射线追踪算法，然后用8周时间去优化它。

· 分多步来做性能优化。

· 先写正确的代码，当你意识到这个函数可能会被经常调用，进行明显的优化。

· 然后再寻找算法的瓶颈，并解决（通过优化或者改进算法）。通常，改进算法能显著地改进瓶颈——也许是采用一个你还没有预想到的方法。所有频繁调用的函数，都需要优化。

### 3. 我所了解的那些写出非常高效代码的人说，他们优化代码的时间，是写代码时间的两倍。 ###

### 4.跳转和分支执行代价高，如果可能，尽量少用。 ###

· 函数调用需要两次跳转，外加栈内存操作。

· 优先使用迭代而不是递归。

· 使用内联函数处理短小的函数来消除函数调用开销。

· 将循环内的函数调用移动到循环外(例如，将*for(i=0;i<100;i++) DoSomething();*改为*DoSomething()* \{ *for(i=0;i<100;i++)* \{ *…* \}\})。

· if…elseif…else if…else if…很长的分支链执行到最后的分支需要很多的跳转。如果可能，将其转换为一个switch声明语句，编译器有时候会将其转换为一个表查询单次跳转。如果switch声明不可行，将最常见的场景放在if分支链的最前面。

### 5. 仔细思考函数下标的顺序。 ###

· 两阶或更高阶的数组在内存中还是以一维的方式在存储在内存中，这意味着（对于C/C++数组）*array\[i\]\[j\]* 和 *array\[i\]\[j+1\]*是相邻的，但是*array\[i\]\[j\]* 和*array\[i+1\]\[j\]*可能相距很远。

· 以适当的方式访问存储实际内存中的数据，可以显著地提升你代码的执行效率（有时候可以提升一个数量级甚至更多）。

· 现代处理器从主内存中加载数据到处理器cache，会加载比单个值更多的数据。该操作会获取请求数据和相邻数据（一个cache行大小）的整块数据。这意味着，一旦*array\[i\]\[j\]*已经在处理器cache中*，array\[i\]\[j+1\]*很大可能也已经在cache中了，而*array\[i+1\]\[j\]*可能还在内存中。

### 6. 使用指令层的并行机制 ###

· 尽管许多程序还是依赖单线程的执行，现代处理器在单核中也提供了不少的并行性。例如：单个CPU可以同时执行4个浮点数乘，等待4个内存请求并执行一个分支预判。

· 为了最大化利用这种并行性，代码块（在跳转之间的）需要足够的独立指令来允许处理器被充分利用。

· 考虑展开循环来改进这一点。

· 这也是使用内联函数的一个好理由。

### 7. 避免或减少使用本地变量。 ###

· 本地变量通常都存储在栈上。不过如果数量比较少，它们可以存储在CPU寄存器中。在这种情况下，函数不但得到了更快访问存储在寄存器中的数据的好处，也避免了初始化一个栈帧的开销。

· 不要将大量数据转换为全局变量。

### 8. 减少函数参数的个数。 ###

· 和减少使用本地变量的理由一样——它们也是存放在栈上。

### 9. 通过引用传递结构体而不是传值 ###

· 我在射线追踪中还找不到一个场景需要将结构体使用传值方式（包括一些简单结构如：Vector，Point和Color）。

### 10. 如果你的函数不需要返回值，不要定义一个。 ###

### 11. 尽量避免数据转换。 ###

· 整数和浮点数指令通常操作不同的寄存器，所以转换需要进行一次拷贝操作。

· 短整型（char和short）仍然使用一整个寄存器，并且它们需要被填充为32/64位，然后在存储回内存时需要再次转换为小字节（不过，这个开销一定比一个更大的数据类型的内存开销要多一点）。

### 12. 定义C++对象时需要注意。 ###

· 使用类初始化而不是使用赋值（*Color c(black);* 比*Color c; c = black;*更快）

### 13. 使类构造函数尽可能轻量。 ###

· 尤其是常用的简单类型（比如，color，vector，point等等），这些类经常被复制。

· 这些默认构造函数通常都是在隐式执行的，这或许不是你所期望的。

· 使用类初始化列表(Use *Color::Color() : r(0), g(0),b(0)* \{\}，而不是初始化函数Color::Color() \{ r= g =b = 0; \} .)

### 14. 如果可以的话，使用位移操作>>和<<来代替整数乘除法 ###

### 15. 小心使用表查找函数 ###

· 在其他情况下，查找表会很有用。对于GPU编程通常优先使用表查找而不是复杂函数。

### 16. 对大多数类，优先使用+= 、 -= 、 \*= 和 /=，而不是使用+ 、 -、 \* 、 和?/ ###

· 这些简单操作需要创建一个匿名临时中间变量。

· 例如：Vector v = Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0) +Vector(0,0,1);?创建了五个匿名临时Vector: Vector(1,0,0),Vector(0,1,0), Vector(0,0,1), Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0), 和 Vector(1,0,0) + Vector(0,1,0) + Vector(0,0,1).

· 对上述代码进行简单转换：Vector v(1,0,0); v+= Vector(0,1,0); v+=Vector(0,0,1);仅仅创建了两个临时Vector: Vector(0,1,0) 和 Vector(0,0,1)。这节约了6次函数调用（3次构造函数和3次析构函数）。

### 17. 对于基本数据类型，优先使用+?、?-?、?\*?、?/?，而不是+=?、?-=?、?\*= 和 /= ###

### 18. 推迟定义本地变量 ###

· 定义一个对象变量通常需要调用一次函数（构造函数）。

· 如果一个变量只在某些情况下需要（例如在一个if声明语句内），仅在其需要的时候定义，这样，构造函数仅在其被使用的时候调用。

### 19. 对于对象，使用前缀操作符（++obj），而不是后缀操作符（obj++） ###

· 使用后缀操作符需要执行一次对象拷贝（这也导致了额外的构造和析构函数调用），而前缀的构造函数不需要一个临时的拷贝。

### 20. 小心使用模板 ###

· 对不同的是实例实现进行不同的优化。

· 标准模板库已经经过良好的优化，不过我建议你在实现一个交互式射线追踪算法时避免使用它。

· 使用自己的实现，你知道它如何使用算法，所以你知道如何最有效的实现它。

· 最重要的是，我的经历告诉我：调试STL库非常低效。通常这也不是一个问题，除非你使用debug版本做性能分析。你会发现STL的构造函数，迭代器和其他一些操作，占用了你15%的运行时间，这会导致你分析性能输出更加费劲。