如何提高程序效率

一、程序效率

程序效率，是用执行的步骤（step）数――时间复杂度、占内存的多少来衡量的――空间复杂度。完成某项工作，执行的步骤（step）的次数最少、

占用内存最小是程序员所追求的。特别是嵌入式系统的开发，内存等资源都是有限的。
因此，提高效率的着眼点应该是
减少执行次数
减少占用空间

二、效率改善的指导原则

-满足正确性、可靠性、健壮性、可读性等质量因素的前提下，设法提高程序的效率；
如果程序的正确性、可靠性得不到保证，提高效率就失去了根本；
如果程序的健壮性得不到保证，提高效率就失去了目标；
如果程序的可读性得不到保证，提高效率就失去了方向；

-以提高程序的全局效率为主，提高局部效率为辅；
如何只从局部角度出发，局部效率的改善一般对全局效率改善作用不大，有时甚至影响全局效率的改善；
应该从全局角度出发，整体考虑，作出统一改善的调整，有的时候局部利益为配合整体需要应作出牺牲；

-在优化程序的效率时，应当先找出限制效率的“瓶颈”；
非关键点的改善，不会根本改变效率的现状；
先进行一些基准数据测量和问题收集，寻找提高效率的关键点；
有时一次关键的改动还不能解决问题，还需要进一步的数据测量和持续的改进，直到符合要求；

-先优化数据结构和算法，再优化执行代码；
因为O(n2)的算法写不出O(nlog2n)的程序，因此写程序前应该考虑数据结构和算法的选择和优化；
如果你已经选择了正确的算法，那么只有到了写程序的最后，才有可能去关心执行代码的优化问题；

-时间效率和空间效率可能对立，此时应当分析那个更重要，作出适当的折衷；
一般来讲，在空间允许的时候，我们会花费空间换取时间效率的大幅提升；
当空间受限－－时间效率和空间对立的时候，我们根据需要，在两者之间作出适当折中；

三、时间效率改善的考虑

-减少内存分配的次数
一次能够申请的内存，就不要多次申请；
被多次访问函数中存储“不变量”的变量请定义成为static。如：

[cpp] view plain copy

1. GetLocalHostName(char* name)   
2. {       
3.     char funcName[] = "GetLocalHostName";  
4.   
5.         sys_log( "%s begin......", funcName );   
6.     ...   
7.     sys_log( "%s end......", funcName );   
8. }   

如果这是一个经常调用的函数，每次调用时都要对funcName进行分配内存，这个开销很大啊。把这个变量声明成static吧，当函数再次被调用时，就会省去了分配内存的开销，执行效率也很好。 
-提高循环体效率
减少循环次数
减少循环体内执行语句的数量

在多重循环中，如果有可能，应当将最长的循环放在最内层，最短的循环放在最外层，以减少CPU 跨切循环层的次数
下面例子a和例子b的功能一样，但效率不同
例a:  

[cpp] view plain copy

1. for (i=0; i<5;i++)  
2. {  
3.     for (j=0; j<100; j++)  
4.     {  
5.         Dothing();  
6.     }  
7. }  

例b:  

[cpp] view plain copy

1. for (j=0; j<100;j++)  
2. {  
3.     for (i=0; i<5; i++)  
4.     {  
5.         Dothing();  
6.     }  
7. }   

-减少指针定位
指针(->)使用很方便，但实际运行往往需要进行地址计算；不必要的地址计算会导致性能的下降；
尽可能减少->的多级嵌套。

-提高数学表达式的效率
a*b + a*c = a*(b+c); 减少一次乘法，但不改变表达式的意义。
b/a + c/a = (1/a)*(b+c); 把两次除法变成一次除法和一次乘法，在几乎所有的平台上，除法都比乘法慢。
(a || b ) && c ) = c && ( a || b ); 当c为假时，第一个表达式要计算( a || b )，第二个表达式则不计算。

四、空间效率改善的考虑

合理结构体成员定义顺序：按照类型从小到大，相同类型连续存放
例a和例b的占用的空间是不同的：
例a

[cpp] view plain copy

1. typedef  struct {  
2.     short   a;  
3.     int     b;  
4.     short   c;  
5. } AA_t;  

例b

[cpp] view plain copy

1. typedef struct  
2.     short   a;  
3.     short   c;  
4.     int     b;  
5. } BB_t   

-冗余数据压缩，可以减少对内存的占用
  如有些矩阵数据的存储。有些矩阵中的非零元素很少，可以考虑通过只存储非零数据来减少对存储空间的占用。

-动态内存使用的方式，可以提高内存的利用率。
  追求空间的效率和追求时间的效率，往往是矛盾的，需要全面权衡。

-减少代码的行数可以减少ROM的占用
   对于嵌入系统而言，ROM资源是很宝贵的。减少代码行数是减少ROM占用量 的有效途径；
   减少代码行的方法：
消除冗余代码可以有效减少代码行数
通过函数指针和函数表可以减少程序代码规模

四、几个 实例

效率改善的例A

请理解下面的代码

[cpp] view plain copy

1. for( int i = 0; i < numPixels;i++ )  
2. {     
3.     rendering_context->back_buffer->surface->bits[i] = some_value;   
4. }  

做如下修改是否更好

[cpp] view plain copy

1. unsigned char *back_surface_bits = rendering_context->back_buffer->surface->bits;  
2. for( int i = 0; i < numPixels;i++ )  
3. {     
4.     back_surface_bits[i] = some_value;  
5. }  

还可以进一步修改

[cpp] view plain copy

1. unsigned char *back_surface_bits = rendering_context->back_buffer->surface->bits;  
2. for( int i = 0; i < numPixels;i++,back_surface_bits++ )  
3. {     
4.     *back_surface_bits = some_value;  
5. }  

效率改善的例B

问题：有一组处理函数:functionA, functionB,… functionZ,它们的函数形式如下

[cpp] view plain copy

1. int functionA(int event)  
2. int functionB(int event)  
3. ……  
4. int functionZ(int event)  

他们分别是不同状态(A,B…,Z)的处理。编写这段处理代码，我们该如何做？
下面代码可行吗？

[cpp] view plain copy

1. switch (status) {  
2.     case A:    functionA(event)  
3.         break;  
4.     case B:    functionB(event)  
5.         break;  
6.     ……  
7.     case Z:    functionZ(event)   
8.         break;  
9. }  

可行！但是不好！原因是生成目标代码大，而且可维护弱一些。
这么做可以解决上面提到的缺点

[cpp] view plain copy

1. typdef  int (*pFunc)(int event);  
2. typedef enum {   A =0,  
3.     B,  
4.     …  
5.     Z  
6. } Status_t;  
7.   
8.   
9. pFunc  functionlist[Z] ={     
10.     functionA,  
11.     functionB,  
12.     …  
13.     functionZ  
14. };   
15.   
16.   
17. Status_t   status;  
18. ……  
19. status被赋值  
20. ……  
21. functionlist[status](event);