代码优化经验总结(2)

二, 语言级的优化.

专题优化:

1,变量优化

（1）register变量

在声明局部变量的时候可以使用register关键字。这就使得编译器把变量放入一个多用途的寄存器中，而不是在堆栈中，合理使用这种方法可以提高执行速度。函数调用越是频繁，越是可能提高代码的速度。

在最内层循环避免使用全局变量和静态变量，除非你能确定它在循环周期中不会动态变化，大多数编译器优化变量都只有一个办法，就是将他们置成寄存器变量，而对于动态变量，它们干脆放弃对整个表达式的优化。尽量避免把一个变量地址传递给另一个函数，虽然这个还很常用。C语言的编译器们总是先假定每一个函数的变量都是内部变量，这是由它的机制决定的，在这种情况下，它们的优化完成得最好。但是，一旦一个变量有可能被别的函数改变，这帮兄弟就再也不敢把变量放到寄存器里了，严重影响速度。看例子：

a = b();

c(&d);

因为d的地址被c函数使用，有可能被改变，编译器不敢把它长时间的放在寄存器里，一旦运行到c(&d)，编译器就把它放回内存，如果在循环里，会造成N次频繁的在内存和寄存器之间读写d的动作，众所周知，CPU在系统总线上的读写速度慢得很。比如你的赛杨300，CPU主频300，总线速度最多66M，为了一个总线读，CPU可能要等4-5个周期，得。。得。。得。。想起来都打颤。

另外它还可以声明函数型参将会是建议编译器把实参存入寄存器中而不是堆栈中.

注意: register specifier仅仅是对编译器的一个建议。就好比内联函数一样，编译器可以拒绝把一个对象存储到寄存器中。另外，现代的编译器都会通过把变量放入寄存器中来优化循环计数。Register storage specifier并不仅仅局限在基本类型上，它能够被应用于任何类型的对象。如果对象太大而不能装进寄存器的话，编译器仍然能够把它放入一个高速存储器中，例如cache。

（2）、同时声明多个变量优于单独声明变量

（3）、短变量名优于长变量名，应尽量使变量名短一点

（4）、在循环开始前声明变量

2,分支的优化

(1) 变量预附值策略

可以用变量预附值策略来减少分支判断.

如: 优化前 优化后

int a,b; int b=a+4,a = getchar()

a = getchar(); if(a==2)

If(a==1) b=a+7;

{ else

b= a+4; printf(“err”);

Printf(“%c\n”,b); printf(“%c\n”,b);

}

Else if(a==2)

{

b= a+7;

Printf(“%c\n”,b);

}

Else

Printf(“err”);

(2), 使用嵌套的if结构

在if结构中如果要判断的并列条件较多，最好将它们拆分成多个if结构，然后嵌套在一起，这样可以避免无谓的判断。

3, 循环的优化

（1）、充分分解小的循环

　　要充分利用CPU的指令缓存，就要充分分解小的循环。特别是当循环体本身很小的时候，分解循环可以提高性能。注意:很多编译器并不能自动分解循环。 不好的代码：

// 3D转化：把矢量 V 和 4x4 矩阵 M 相乘

for (i = 0； i < 4； i ++)

{

　　r[i] = 0；

　　for (j = 0； j < 4； j ++)

　　{

　　　　r[i] += M[j][i]*V[j]；

　　}

}

推荐的代码：

r[0] = M[0][0]*V[0] + M[1][0]*V[1] + M[2][0]*V[2] + M[3][0]*V[3]；

r[1] = M[0][1]*V[0] + M[1][1]*V[1] + M[2][1]*V[2] + M[3][1]*V[3]；

r[2] = M[0][2]*V[0] + M[1][2]*V[1] + M[2][2]*V[2] + M[3][2]*V[3]；

r[3] = M[0][3]*V[0] + M[1][3]*V[1] + M[2][3]*V[2] + M[3][3]*v[3]；

（2）、提取公共部分

对于一些不需要循环变量参加运算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init的初始化程序中进行。

（3）、延时函数

通常使用的延时函数均采用自加的形式：

void delay (void)

{

unsigned int i;

for (i=0;i<1000;i++) ;

}

将其改为自减延时函数：

void delay (void)

{

unsigned int i;

for (i=1000;i>0;i--) ;

}

两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3个字节，因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。在使用while循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生成的代码更少1~3个字母。但是在循环中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环有可能使数组超界，要引起注意。

（4）、while循环和do…while循环

用while循环时有以下两种循环形式：

unsigned int i;

i=0;

while (i<1000)

{

i++;

//用户程序

}

或：

unsigned int i;

i=1000;

do

{

i--;

//用户程序

}

while (i>0);

在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。

（6）、循环展开

这是经典的速度优化，但许多编译程序(如gcc -funroll-loops)能自动完成这个事，所以现在你自己来优化这个显得效果不明显。

旧代码:

for (i = 0; i < 100; i++)

{

do_stuff(i);

}

新代码:

for (i = 0; i < 100; )

{

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

do_stuff(i); i++;

}

可以看出，新代码里比较指令由100次降低为10次，循环时间节约了90%。不过注意:对于中间变量或结果被更改的循环，编译程序往往拒绝展开，(怕担责任呗)，这时候就需要你自己来做展开工作了。

还有一点请注意，在有内部指令cache的CPU上(如MMX芯片)，因为循环展开的代码很大，往往cache溢出，这时展开的代码会频繁地在CPU 的cache和内存之间调来调去，又因为cache速度很高，所以此时循环展开反而会变慢。还有就是循环展开会影响矢量运算优化。

（6）、循环嵌套

把相关循环放到一个循环里，也会加快速度。

旧代码:

for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0's */

for (j = 0; j < MAX; j++)

a[i][j] = 0.0;

for (i = 0; i < MAX; i++) /* put 1's along the diagonal */

a[i][i] = 1.0;

新代码:

for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0's */

{

for (j = 0; j < MAX; j++)

a[i][j] = 0.0;

a[i][i] = 1.0; /* put 1's along the diagonal */

}

（7）、Switch语句中根据发生频率来进行case排序

Switch 可能转化成多种不同算法的代码。其中最常见的是跳转表和比较链/树。当switch用比较链的方式转化时，编译器会产生if-else-if的嵌套代码，并按照顺序进行比较，匹配时就跳转到满足条件的语句执行。所以可以对case的值依照发生的可能性进行排序，把最有可能的放在第一位，这样可以提高性能。此外，在case中推荐使用小的连续的整数，因为在这种情况下，所有的编译器都可以把switch 转化成跳转表。

不好的代码：

int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；

。。。。。。

switch (days_in_month)

{

　　case 28:

　　case 29:

　　　　short_months ++；

　　　　break；

　　case 30:

　　　　normal_months ++；

　　　　break；

　　case 31:

　　　　long_months ++；

　　　　break；

　　default:

　　　　cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；

　　　　break；

}

推荐的代码：

int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；

。。。。。。

switch (days_in_month)

{

　　case 31:

　　　　long_months ++；

　　　　break；

　　case 30:

　　　　normal_months ++；

　　　　break；

　　case 28:

　　case 29:

　　　　short_months ++；

　　　　break；

　　default:

　　　　cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；

　　　　break；

}

（8）、将大的switch语句转为嵌套switch语句

当switch语句中的case标号很多时，为了减少比较的次数，明智的做法是把大switch语句转为嵌套switch语句。把发生频率高的case 标号放在一个switch语句中，并且是嵌套switch语句的最外层，发生相对频率相对低的case标号放在另一个switch语句中。比如，下面的程序段把相对发生频率低的情况放在缺省的case标号内。

pMsg=ReceiveMessage();

switch (pMsg->type)

{

case FREQUENT_MSG1:

handleFrequentMsg();

break;

case FREQUENT_MSG2:

handleFrequentMsg2();

break;

。。。。。。

case FREQUENT_MSGn:

handleFrequentMsgn();

break;

default: //嵌套部分用来处理不经常发生的消息

switch (pMsg->type)

{

case INFREQUENT_MSG1:

handleInfrequentMsg1();

break;

case INFREQUENT_MSG2:

handleInfrequentMsg2();

break;

。。。。。。

case INFREQUENT_MSGm:

handleInfrequentMsgm();

break;

}

}

如果switch中每一种情况下都有很多的工作要做，那么把整个switch语句用一个指向函数指针的表来替换会更加有效，比如下面的switch语句，有三种情况：

enum MsgType{Msg1， Msg2， Msg3}

switch (ReceiveMessage()

{

case Msg1;

。。。。。。

case Msg2;

。。。。。

case Msg3;

。。。。。

}

为了提高执行速度，用下面这段代码来替换这个上面的switch语句。

/*准备工作*/

int handleMsg1(void);

int handleMsg2(void);

int handleMsg3(void);

/*创建一个函数指针数组*/

int (*MsgFunction [])()={handleMsg1， handleMsg2， handleMsg3};

/*用下面这行更有效的代码来替换switch语句*/

status=MsgFunction[ReceiveMessage()]();

（9）、循环转置

有些机器对JNZ(为0转移)有特别的指令处理，速度非常快，如果你的循环对方向不敏感，可以由大向小循环。

旧代码:

for (i = 1; i <= MAX; i++)

{

。。。

}

新代码:

i = MAX+1;

while (--i)

{

。。。

}

不过千万注意，如果指针操作使用了i值，这种方法可能引起指针越界的严重错误(i = MAX+1;)。当然你可以通过对i做加减运算来纠正，但是这样就起不到加速的作用，除非类似于以下情况：

旧代码:

char a[MAX+5];

for (i = 1; i <= MAX; i++)

{

*(a+i+4)=0;

}

新代码:

i = MAX+1;

while (--i)

{

*(a+i+4)=0;

}

（10）、公用代码块

一些公用处理模块，为了满足各种不同的调用需要，往往在内部采用了大量的if-then-else结构，这样很不好，判断语句如果太复杂，会消耗大量的时间的，应该尽量减少公用代码块的使用。(任何情况下，空间优化和时间优化都是对立的--东楼)。当然，如果仅仅是一个(3==x)之类的简单判断，适当使用一下，也还是允许的。记住，优化永远是追求一种平衡，而不是走极端。

（11）提升循环的性能

要提升循环的性能，减少多余的常量计算非常有用（比如，不随循环变化的计算）。

不好的代码(在for()中包含不变的if())：

for( i 。。。 )

{

　　if( CONSTANT0 )

　　{

　　　　DoWork0( i )； // 假设这里不改变CONSTANT0的值

　　}

　　else

　　{

　　　　DoWork1( i )； // 假设这里不改变CONSTANT0的值

　　}

}

推荐的代码：

if( CONSTANT0 )

{

　　for( i 。。。 )

　　{

　　　　DoWork0( i )；

　　}

}

else

{

　　for( i 。。。 )

　　{

　　　　DoWork1( i )；

　　}

}

如果已经知道if()的值，这样可以避免重复计算。虽然不好的代码中的分支可以简单地预测，但是由于推荐的代码在进入循环前分支已经确定，就可以减少对分支预测的依赖。

（12）、选择好的无限循环

在编程中，我们常常需要用到无限循环，常用的两种方法是while (1) 和 for (；；)。这两种方法效果完全一样，但那一种更好呢？然我们看看它们编译后的代码：

编译前：

while (1)；

编译后：

mov eax，1

test eax，eax

je foo+23h

jmp foo+18h

编译前：

for (；；)；

编译后：

jmp foo+23h

显然，for (；；)指令少，不占用寄存器，而且没有判断、跳转，比while (1)好。