怎么優(yōu)化void程序的性能

我們的編譯器已經(jīng)提供了很好的優(yōu)化機(jī)制，但是還有很多細(xì)節(jié)編譯器優(yōu)化不到，或者說沒膽量去優(yōu)化，因為有一些激進(jìn)的優(yōu)化很有可能會違背程序員的初心。

// 第一種
void twiddle1(long *xp, long *yp){
    *xp += *yp;
    *xp += *yp;
}

// 第二種
void twiddle2(long *xp, long *yp){
    *xp += 2* *yp;
}

例如上面的程序，看到第一種寫法，我們可能很容易的就想到第二種寫法，但是編譯器卻不會把它變成這種寫法。乍看它們沒什么區(qū)別，我們來分析一下內(nèi)存引用。第一種需要 3 次內(nèi)存引用，即讀\*xp、讀\*yp、寫\*xp；而第二種卻需要 6 次內(nèi)存引用，即2 次讀\*xp、2 次讀\*yp、2 次寫\*xp。所以第一種的性能要比第二種好。

那編譯器看到第一種為什么就想不到第二種寫法呢？這不是很簡單的規(guī)則嗎？實際上上面的程序存在xp = yp的情況，即兩個指針指向同一個內(nèi)存位置。

// 第一種
*xp += *yp; // xp 處存放的值乘以 2
*xp += *yp; // xp 處存放的值乘以 2

// 第二種
*xp += 2* *yp; // xp 處存放的值乘以 3

可以看到，當(dāng)它們都指向同一塊內(nèi)存時，第一種寫法會讓原來的值增加 4 倍，而第二種寫法會讓原來的值增加 3 倍，產(chǎn)生了不同的效果，而編譯器會當(dāng)這種情況可能出現(xiàn)，所以編譯器并不會幫我們優(yōu)化第一種代碼，這需要程序員自己去維護(hù)。

消除循環(huán)的低效率

相信很多人都寫過下面類似的代碼，貌似沒有什么可以優(yōu)化的，寫的挺好。

void lower1(char *s){
    long i;
    for(i = 0; i < strlen(s); i++){
        if(s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z'){
            s[i] -= ('A' - 'a');
        }
    }
}

仔細(xì)看，會發(fā)現(xiàn)每次循環(huán)都會去調(diào)用strlen()函數(shù)，而這個函數(shù)明顯是要拖累性能的，實際上我們只需要計算一次長度就可以了，現(xiàn)在卻每次循環(huán)都需要去計算一次長度，所以可以將計算移到前面只計算一次的地方。

void lower2(char *s){
    long i;
    long len = strlen(s);
    for(i = 0; i < len; i++){
        if(s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z'){
            s[i] -= ('A' - 'a');
        }
    }
}

編譯器雖然會試著去進(jìn)行代碼的移動，但是最終還是沒有優(yōu)化，是因為改變在哪里調(diào)用函數(shù)或者調(diào)用多少次函數(shù)的變換，編譯器并不能比較可靠的發(fā)現(xiàn)一個函數(shù)是否有副作用，比如下面的情況。

long f();

long func1(){
    return f() + f() + f() + f();
}

long func2(){
    return 4*f();
}

這段代碼和開篇提到的代碼在形式上很像，可能你會說：它們不會指到同一塊內(nèi)存了呀，編譯器這也不去優(yōu)化嗎？考慮一下f()是下面的形式。

long count = 0;

long f(){
    return count++;
}

是不是一下就發(fā)現(xiàn)問題了，func1()調(diào)用 4 次f()，而func2()只調(diào)用 1 次f()，它們最終的結(jié)果絕不是簡單的 4 倍關(guān)系。

編寫適合條件傳送實現(xiàn)的代碼

如果編譯器能夠產(chǎn)生使用條件數(shù)據(jù)傳送而不是條件控制轉(zhuǎn)移的代碼，那么就可以大大的提高程序的性能，關(guān)于條件數(shù)據(jù)傳送和條件控制轉(zhuǎn)移在舊文順序、條件、循環(huán)語句的底層解釋中描述的已經(jīng)很明確了。比如下面的第一種寫法就比第二種要好。

// 第一種
void minmax1(long a[], long b[], long n){
    long i;
    for(i = 0; i < n; i++){
        if(a[i] > b[i]){
            long t = a[i];
            a[i] = b[i];
            b[i] = t;
        }
    }
}

// 第二種
void minmax2(long a[], long b[], long n){
    long i;
    for(i = 0; i < n; i++){
        long min = a[i] < b[i] ? a[i] : b[i];
        long max = a[i] < b[i] ? b[i] : a[i];
        a[i] = min;
        b[i] = max;
    }
}