优化C/C++代码的小技巧


无意看到一篇小短文，猜测作者应该是一个图形学领域的程序员或专家，介绍了在光线（射线）追踪程序中是如何优化C/C++代码的。倒也有一些参考意义，当然有的地方我并不赞同或者说我也不完全理解，原文在此，我的粗糙翻译如下：
　　1. 牢记Ahmdal定律



　　funccost表示是函数func的运行时间百分比，funcspeedup是你优化后函数的运行系数；
　　所以，如果函数TriangleIntersect()占用40%的运行时间，而在你优化后使它运行快了两倍，那么你的程序运行能够快了25%；
　　这意味着不经常使用的代码不需要做过多优化（或者完全不优化），比如场景加载过程；
　　也就是：让频繁调用的代码运行得更加高效，而让较少调用的代码保持运行正确；
　　2. 先有正确的代码，然后再做优化
　　这并不是说先花8个周时间写一个全功能的光线追踪器，然后再花8个周去优化；
　　而是在你的管线追踪程序中的多个阶段都进行优化；
　　如果代码是正确的，而你又知道哪些函数会被频繁的调用，优化是很明显的；
　　然后找到瓶颈所在，并去除瓶颈（通过优化或者算法改进）。通常来说改进算法可以很显著地优化瓶颈——甚至可能采用了一个你没想到的算法。优化那些你所知道的将被频繁调用的函数是一个很好的做法；
　　3. 那些我认识的能够写出非常高效的代码的人说，他们花费在优化代码上的时间是他们写代码时间的至少两倍以上
　　4. 跳转/分支语句是昂贵的，不管何时尽可能的减少使用
　　函数调用除了栈存储操作外，还需要两次跳转；
　　优先选择迭代，而不是递归；
　　如果是短函数，使用内联来消除函数开销；
　　将循环放在函数内（例如将for(i=0;i<100;i++) DoSomething();改为在DoSomething()内做DoSomething()）；
　　长长的if...else if...else if...else if...语句链需要大量的跳转才能结束（除了在测试每个条件时）。如果可能，改为switch语句，有时编译器可以有优化为在一个表中查找和单级跳转。如果switch语句是不可能的，那把最经常走到的if语句放在语句链开头；
　　5. 考虑数组索引的顺序
　　两维或更多维的数组在内存中仍是按一维存储的。这意思是array[i][j]和 array[i][j+1]是相邻的（C/C++代码），然而array[i][j]和array[i+1][j]却可以相离的任意远；
　　访问物理内存中的连续数据，可以显著加快你的代码（有时是一个数量级，甚至更多）；
　　现在CPU从主内存中加载数据到高速缓存时，它不仅仅是只加载单一数据，而是加载一块数据，既包含了要请求的数据，也包含部分相邻数据（一个cache行）。这意思是说如果array[i][j]在CPU缓存中，那么array[i][j+1]就很有可能也在缓存中了，然而array[i+1][j]可能仍在内存中；
　　6. 考虑指令级并行性(IPL)
　　尽管很多程序仍是单线程执行，但现代的CPU已经能够在单核上有显著的并行性。这意味着单CPU也可能同时执行4个浮点数乘法、等待4个内存请求，并执行即将到来的分支比较操作
　　为了充分利用这种并行性，代码块（比如在跳转语句中）需要足够的独立指令来使CPU得到充分使用；
　　可以考虑通过展开循环来改进；
　　这也是使用内联函数的一个很好的原因；
　　7. 避免或减少局部变量的使用
　　局部变量通常是存储在栈上。如果很少，可以存储在寄存器中。在这种情况下，函数不仅得到了对存储在寄存器上的数据的更快内存访问的好处，也可以避免建立一个栈帧的开销；
　　但是，也不要把所有对象都全盘声明为全局变量；
　　8. 减少函数参数的个数
　　和减少局部变量的原因一样——他们也是在栈上存储的；
　　9. 结构体（包括类）传参时使用传引用而不是传值
　　在光线追踪程序中，哪怕是简单如vector、points、colors等结构，我也没有见过使用值传递的代码
　　10. 如果你不需要一个函数的返回值，那就不要返回
　　11. 尽可能避免使用转型操作
　　整数和浮点数的指令集通常在不同的寄存器上运算，因此转型操作需要拷贝操作；
　　短整形（char和short）仍然需要一个全尺寸的寄存器，而且在存储回内存之前，它们需要对齐到32位或64位上，然后才转换成更小尺寸类型；
　　12. 当定义C++对象时一定要小心
　　使用初始化(Color c(black))而不是赋值(Color c, c = black)，而前者更快；
　　13. 使类的默认构造函数尽可能的轻量
　　特别是那简单的、经常使用的类（例如，颜色，矢量，点等）；
　　这些默认构造函数通常是在你不注意时就调用，甚至那时你并不希望这样；
　　使用构造初始化列表（使用Color::Color() : r(0), g(0), b(0) {}而不是Color::Color() { r = g = b = 0; } ）；
　　14. 尽可能使用移位操作符>>和<<，而不是整数乘法和除法
　　15. 小心使用查表功能
　　很多人鼓励对于复杂的功能（例如，三角函数）使用预先计算过值的查表法。对于光线跟踪程序来说，这往往是不必要的。内存查找是非常（日益）昂贵的，而且重新计算三角函数往往和从内存中查找值一样快（尤其是当你考虑到内存查找会影响CPU缓存命中率时）；
　　在其它情况下，查表可能是非常有用的。比如在GPU编程中，查表法通常是复杂功能的优先选择；
文章出处：http://www.51testing.com/html/19/n-866519.html