C语言代码优化

优化追求

  • 优化主要是内存使用与执行速度的双优化

  • 需根据硬件条件、输入作用域、精度、优化的时间和精力消耗、代码可读性、程序复杂度等全面评估。

优化总思路

方法

  • 找出程序中执行缓慢或占用内存较大的地方进行优化——程序内部循环重复调用、调用第三方库最该被优化

途径

  • 经验查找;

  • Visual C++ 内置的性能工具 profiler 来找出程序中消耗最多内存的地方;

  • 英特尔的 Vtune,它也能很好的检测出程序中运行最慢的部分;

优化123

整形数

  • 尽量使用整形代替浮点型(避免浮点运行单元或浮点库的调用),如浮点型只需两位小数,可以乘100变成int;

  • 尽量使用unsigned int,如果符号已知;

浮点数

  • 尝试定点数代替浮点数;

  • 浮点数尽量用float代替double;

先验函数

sin、exp、sqrt 和 log 是通过一系列的乘法和加法实现的(使用了精度扩展)。这些操作比通常的乘法至少慢十倍。

  • 泰勒级数展开;

  • 多项函数近似:

除法和取余

  • 除法尽量换成乘法;

  • 除法或取余可以循环减代替;

  • 用移位代替除法(除数是2的幂次);

  • 多个除法时,合并除法;

  • 查表(更快,更能节省存储空间)或近似替代代替除法;

  • 使用常量将除法转换为乘法,如x=x/3.0 可以替换为x=x*(1.0/3.0);

  • 判断句中除法换成逻辑关系和乘法比较形式;

  • 尽量使除数和被除数是无符号的整数(除法效率:整形>浮点型;无符号>有符号);

变量生命周期

由于处理器中寄存器是固定长度的,程序中数字型变量在寄存器中的存储是有一定限制的。

  • 限定变量的使用数量:将较大的函数拆分为小而简单的函数也会达到很好的效果;

  • 对经常使用到的变量采用寄存器存储

局部变量

  • 尽可能的不使用 char 和 short 类型的局部变量,使用int或unsigned int代替(避免编译器赋值时两次的移位操作)

指针

  • 尽可能的使用引用或指针的方式传递结构数据,否则传递的数据会被拷贝到栈中,从而降低程序的性能;

  • 确定不改变数据结构的值时,设置为const pointer;

  • 尽量避免重复的指针链,如缓存指针链为局部变量:Point3 *pos = p->pos;

布尔表达式判断范围

  • x>min && x<max可以转换为 (unsigned)(x-min)<(max-min)(如为负,换成无符号就肯定符合);

  • 尽量使用与0判断的形式,优化C编译器内部的比较指令;

条件语句

  • 如果可以,用switch语句代替if-else语句,避免最后条件满足时else前面条件都运行;

  • if条件内如果是&&||,则应将容易判断的条件放在前面,这样后面条件有时可以避免判断;

  • switch-case中case过多时,可以使用数组、映射等方法优化;

循环

  • 使用计数到零的循环(递减形式到0,用0做判断)和简单的循环终止条件;

  • 如果可以,合并循环;

  • 循环中,总是调用函数,则将循环纳入到函数(调用函数时总是会有一定的性能消耗);

  • 展开循环

    • 循环迭代次数只有几次,那么可以完全,以便消除循坏带来的负担;

    • 大的循环可以分解间断着展开,然后大步循环,减小循环次数;

    • 尽早的断开循环,增加break环节;

函数设计

  • 尽量保证函数使用少于四个参数。这样就不会使用栈来存储参数值;

  • 将参数放入一个结构体并通过指针传入函数,这样可以减少参数的数量并提高可读性;

  • 减少全局变量的使用,使用 static 修饰变量为文件内访问;

  • 尽量使用整形兼容类型(char,shorts,ints 和 floats 都占用一个字);

  • 多使用叶子函数(内部不调用其他函数的函数),消耗小,高效;

    • 避免调用其他函数:包括那些转而调用 C 库的函数(比如除法或者浮点操作函数);

    • 简短的函数使用__inline 修饰(调用处直接替换为函数体。代码调用函数更快,但增加代码的大小,特别在函数本身比较大而且经常调用的情况下);

    • 使用 #define 宏取代常用的小函数;

  • 不使用递归(需要太多的函数调用);

  • 一维数组比多维数组更快;

  • 加法操作比乘法快,乘法比除法快;

  • 如果你的库支持 mallopt () 函数(用于控制 malloc),尽量使用它。MAXFAST 的设置,对于调用很多次 malloc 工作的函数由很大的性能提升;

  • 将编译器优化选项打开!!!


参考文献

代码优化-之-优化除法

三角函数逼近快速算法(正余弦)

C 语言高效编程与代码优化

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