讲述几点对程序进行效率优化的方法

1.前言

前几天看了深入理解计算机系统的 程序优化。因为前边两章节涉及到了太多的汇编，而本人不是计算机科班出身，计算机基础薄弱，看那些汇编代码的确很吃力， 打算以后对汇编慢慢来学习吧。毕竟学习不是一日之功。

看到程序优化这章节，感触颇深啊，平常一些编程细节没有注意，其实都是影响到程序整体性能的因素，通过分析程序底层细节，如何调用等才知道如何影响到了程序。好了，下面根据书中讲解，我来做一些简要的总结。给自己学习到的东西做一下记录吧。

2. 程序示例

本节主要讲述我们的系统是如何将我们的代码转换成更有效的代码，其实我们所做的程序，系统都在为我们默默的做程序优化。上一段代码

/* $begin adt */ /* Create abstract data type for vector */ typedef struct { long int len;//data数组的长度 data_t *data;//定义一个数组 /* $end adt */ int allocated_len; /* NOTE: we don't use this field in the book */ /* $begin adt */ } vec_rec, *vec_ptr; /* $end adt */

data_t是 这样定义的，因为本书可能会分析道不同的数据类型对程序的影响。 tydef int data _t;可能考虑到使用合并的一些运算特别定义了：

#define INDNT 0 #define OP + 他对向量求和使用声明： #define IDENT 1 #define OP * #include <stdlib.h> #include "combine.h" /* $begin vec */ /* Create vector of specified length */ vec_ptr new_vec(int len) { /* allocate header structure */ vec_ptr result = (vec_ptr) malloc(sizeof(vec_rec)); if (!result) return NULL; /* Couldn't allocate storage */ result->len = len; /* $end vec */ /* We don't show this in the book */ result->allocated_len = len; /* $begin vec */ /* Allocate array */ if (len > 0) { data_t *data = (data_t *)calloc(len, sizeof(data_t)); if (!data) { free((void *) result); return NULL; /* Couldn't allocate storage */ } result->data = data; } else result->data = NULL; return result; } /* * Retrieve vector element and store at dest. * Return 0 (out of bounds) or 1 (successful) */ int get_vec_element(vec_ptr v, int index, data_t *dest) { if (index < 0 || index >= v->len) return 0; *dest = v->data[index]; return 1; } /* Return length of vector */ int vec_length(vec_ptr v) { return v->len; } /* $end vec */ /* $begin get_vec_start */ data_t *get_vec_start(vec_ptr v) { return v->data; } /* $end get_vec_start */ /* * Set vector element. * Return 0 (out of bounds) or 1 (successful) */ int set_vec_element(vec_ptr v, int index, data_t val) { if (index < 0 || index >= v->len) return 0; v->data[index] = val; return 1; } /* Set vector length. If >= allocated length, will reallocate */ void set_vec_length(vec_ptr v, int newlen) { if (newlen > v->allocated_len) { free(v->data); v->data = calloc(newlen, sizeof(data_t)); v->allocated_len = newlen; } v->len = newlen; } 在 合并函数1中 #include "combine.h" /* Combining functions */ char combine1_descr[] = "combine1: Maximum use of data abstraction"; /* $begin combine1 */ /* Implementation with maximum use of data abstraction */ void combine1(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; *dest = IDENT; for (i = 0; i < vec_length(v); i++) { data_t val; get_vec_element(v, i, &val); /* $begin combineline */ *dest = *dest OPER val; /* $end combineline */ } } /* $end combine1 */

未经优化的程序一般都是效率比较低的程序。在unix中，可以利用 ‘-O1’ 命令进行简单的优化。

3.消除循环低效率

上边的代码中，我们可以发现，在寻混内部for (i = 0; i < vec_length(v); i++) 中，我们每次循环都会调用vec_length(v)方法，其实求

vec_length(v)对程序是一个比较繁琐的的过程，当函数每次调用计算长度的时候就会产生效率低的问题，那么我们就要进行如下改进

void combine2(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; int length = vec_length(v); *dest = IDENT; for (i = 0; i < length; i++) { data_t val; get_vec_element(v, i, &val); *dest = *dest OPER val; } }

这个时候，我们将代码移出了循环内部，我们只进行了一次 int length = vec_length(v); 求值。在书中有效率的比较已经达到了很大级别的提升了性能。

下面再来一个例子，

void lower1(char *s) { int i; for (i = 0; i < strlen(s); i++) if (s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z') s[i] -= ('A' - 'a'); } /* Convert string to lower case: faster */ void lower2(char *s) { int i; int len = strlen(s); for (i = 0; i < len; i++) if (s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z') s[i] -= ('A' - 'a'); } /* Implementation of library function strlen */ /* Compute length of string */ size_t strlen(const char *s) { int length = 0; while (*s != '\0') { s++; length++; } return length; }

在测试中，当对于个长度为1048576的字符串来说lower2函数只要1.5毫秒，比lower1快乐了500000 多倍。这是一个多么惊人的数字，所以我们要好好分析一下程序。

5.减少过程调用

像我们看到那样，过程调用会带来相当大的开销，而且妨碍大多数的形式程序优化。，在combin2中，可以看出，每次混换忒带都会调用get_vec_elenment来获取下一个向量元素。对每个向量引用，这个函数把向量索引I与循环边界作比较，很明显会造成效率低下的。

那么在combine函数中，我们增加一个函数get_vec_start。这个函数返回数组的起始地址。

data_t* get_vec_start（vect_pt v) { return v->data; } char combine3_descr[] = "combine3: Array reference to vector data"; /* $begin combine3 */ /* Direct access to vector data */ void combine3(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; int length = vec_length(v); data_t *data = get_vec_start(v); *dest = IDENT; for (i = 0; i < length; i++) { *dest = *dest OPER data[i]; } } /* $end combine3 */

通过测试，提高效率比较小，那是怎么回事呢？请看下边一节。

6.消除不必要的存储器引用

在这里主要通过汇编代码能看出，程序的不停存储拷贝要是影响到程序的效率。

消除了无用存储器的读写。

char combine4_descr[] = "combine4: Array reference, accumulate in temporary"; /* $begin combine4 */ /* Accumulate result in local variable */ void combine4(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; int length = vec_length(v); data_t *data = get_vec_start(v); data_t x = IDENT; for (i = 0; i < length; i++) { x = x OPER data[i]; } *dest = x; } /* $end combine4 */

通过这个修改，可以看到程序又有了一大步的提升。以上的代码的重构让我对程序的细节调整感受颇深。