C程序優化之路(三)

  本文講述在編寫C程序代碼的常用優化辦法,分爲I/O篇,內存篇,算法篇。MMX本來我也想歸在這裏的,但是由於內容和標題不太符和,決定換一個名字,叫MMX技術詳解,和H263視頻壓縮技術中的MMX應用兩篇文章。

三.算法篇

       在上一篇中我們講述了對內存操作的優化,這一篇則主要講述一些常用的優化算法。這個東東太多,內容可能會有點凌亂,見諒。

I.從小處說起:

       先說說一些小地方先:

比如n/2寫爲n>>1這個是常用的方法,不過要注意的是這兩個不是完全等價的!因爲:如果n3的話,n/2=1;n>>1=1;但是,如果n-3的話,n/2=-1;n>>1=-2所以說在正數的時候,他們都是向下取整,但是負數的時候就不一樣了。(在JPG2000中的整數YUVRGB變換一定要使用>>來代替除法就是這個道理)

還有就是a=a+1要寫爲a++;  a=a+b要寫爲a+=b(估計一般用VB的纔會寫a=a+1 :P

將多種運算融合:比如a[i++];就是先訪問a[i],再令i1;從彙編的角度上說,這個確實是優化的,如果寫爲a[i],和i++的話,有可能就會有兩次的對i變量的讀,一次寫(具體要看編譯器的優化能力了),但是如果a[i++]的話,就一定只讀寫i變量一次。不過這裏有一個問題要注意:在條件判斷內的融合一定要小心,比如:(idct變換中的0塊判斷,陳王算法)

  if (!((x1 = (blk[8*4]<<8)) | (x2 = blk[8*6]) | (x3 = blk[8*2]) | (x4 = blk[8*1]) | (x5 = blk[8*7]) | (x6 = blk[8*5]) | (x7 = blk[8*3])))

在條件判斷中融合了賦值語句,但是實際上如果條件爲真的話,是不需要這些賦值語句的,也就是說當條件真的時候,多了一些垃圾語句,這些是在h263源碼上的問題,雖然這些垃圾語句使得計算0塊的時候,時間增加了30%,但是由於idct僅僅佔1%的時間,0塊又僅僅30%~70%的時間,所以這些性能損失是沒有什麼關係的。(這是後來我用匯編改寫源碼的時候得到的結論)。這裏也說明了,程序優化一定重點在最耗時的地方。對於不耗時的代碼優化是沒有太大的實用意義的。

II.以內存換速度:

天下總是難有雙得的事情,編程也是一樣,大多數情況,速度同內存(或者是性能,比如說壓縮性能什麼的)是不可兼得的。目前程序加速的常用算法一個大方面就是利用查表來避免計算(比如在jpghuffman碼錶,在YUVRGB變換也有變換表)這樣原來的複雜計算現在僅僅查表就可以了,雖然浪費了內存,不過速度顯著提升,還是很划算的。在數據庫查詢裏面也有這樣的思想,將熱點存儲起來以加速查詢。 現在介紹一個簡單的例子,(臨時想的,呵呵):比如,在程序中要經常(一定要是經常!)計算10002000的階乘,那麼我們可以使用一個數組a[1000]先把這些值算好,保留下來,以後要計算1200!的時候,查表a[1200-1000]就可以了。

III.化零爲整

       由於零散的內存分配,以及大量小對象建立耗時很大,所以對它們的優化有時會很有效果,比如上一篇我說的鏈表存在的問題,就是因爲大量的零散內存分配。現在就從一個vb的程序說起,以前我用vb給別人編小程序的時候,(呵呵,主要是用vb編程比vc快,半天就可以寫一個)在使用MSFlexGrid控件的時候(就是一個表格控件),發現如果一行一行的增加新行,刷新速度十分的慢,所以我就每次增加100行,等到數據多到再加新行的時候,再加100行,這樣就“化零爲整”了,使用這樣的方法,刷新的速度比原來快了n倍!其實這樣的思想應用很多,如:程序運行的時候,其實就佔用了一定的空間,後來的小塊內存分配是先在這個空間上的,這就保證了內存碎片儘可能的少,同時加快運行速度。

IV.條件語句或者case語句將最有可能的放在前面

       優化效果不明顯。想得到就用吧,想不到就算了。

V.爲了程序的可讀性,不去做那些編譯器可以做的或者優化不明顯的處理:

       這個是很重要的,一個普通程序的好壞,主要是它的可讀性,可移植性,可重用性,然後纔是它的性能。所以,如果編譯器本身可以幫助我們優化的話,我們就沒有必要寫那些大家都不怎麼看得懂的東西。比如a52(結束)-16(起始);這樣寫可能是因爲在別人讀程序的時候,一下就明白了a的含義。我們不用寫爲a36,因爲編譯器是會幫我們算出來的。

IV.具體情況具體分析:

       具體情況具體分析,這是放之四海而皆準的真理。沒有具體的分析,就不能針對問題靈活應用解決的辦法。下面我就說說分析的方法。即如何找到程序的耗時點:(從最簡單的辦法說起,先說明一個函數GetTickCount(),這個函數在頭尾各調用一次,返回值相減就是程序的耗時,精確到1ms

對於認爲是比較耗時的函數,運行兩次,或者將函數內部的語句註釋掉(要保證程序可以運行),看看多(或者少了)多少時間。這個辦法簡單不精確。

每個地方都用GetTickCount()函數測試時間,注意GetTickCount()只能精確到ms。一般的小於10ms就不太精確了。

使用另外一個函數QueryPerformanceCounter&Counter)和QueryPerformanceFrequency(&Frequency),前面計算cpu時鐘週期,後面是cpu頻率相除就是時間。不過如果你要精確到這一步的話,建議將進程設置爲最高級別,防止它被阻塞。

最 後講講我處理的一個程序:程序要求我忘了,反正裏面有一個函數,函數裏面有一個大的循環,循環內部的處理比較耗時。結果最初程序表現出來的狀況是開始還很 快,越到後面越慢;我在跟蹤程序中變量的時候,發現最初的循環在循環幾次後就跳出了,而後面的循環次數越來越多。找到了爲什麼慢的原因,就可以對症下藥 了,我的處理是每次循環不是從頭開始,而是從上一次循環跳出的地方開始左右循環(因爲可能下一次循環跳出的地方別上一次的小,所以也要遍歷前面的),這樣 程序的速度在後面也很快了。我講這個的道理就是在實際運用中,要具體的分析程序慢的真正原因,才能達到最佳的優化效果。

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