1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  

選擇一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很重要，如果在一堆隨機(jī)存放的數(shù)中使用了大量的插入和刪除指令，那使用鏈表要快得多。數(shù)組與指針語(yǔ)句具有十分密切的關(guān)系，一般來說，指針比較靈活簡(jiǎn)潔，而數(shù)組則比較直觀，容易理解。對(duì)于大部分的編譯器，使用指針比使用數(shù)組生成的代碼更短，執(zhí)行效率更高。  

在許多種情況下，可以用指針運(yùn)算代替數(shù)組索引，這樣做常常能產(chǎn)生又快又短的代碼。與數(shù)組索引相比，指針一般能使代碼速度更快，占用空間更少。使用多維數(shù)組時(shí)差異更明顯。下面的代碼作用是相同的，但是效率不一樣。

數(shù)組索引 指針運(yùn)算  

For(;;)

{ p=array;

?A=array[t++];

for(;;)

{ ?a=*(p++); ?。。。。。。。。。 。。。。。。 ?}

} ?

指針方法的優(yōu)點(diǎn)是，array的地址每次裝入地址p后，在每次循環(huán)中只需對(duì)p增量操作。在數(shù)組索引方法中，每次循環(huán)中都必須根據(jù)t值求數(shù)組下標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)算。

2、使用盡量小的數(shù)據(jù)類型  

能夠使用字符型(char)定義的變量，就不要使用整型(int)變量來定義；能夠使用整型變量定義的變量就不要用長(zhǎng)整型(long int)，能不使用浮點(diǎn)型(float)變量就不要使用浮點(diǎn)型變量。當(dāng)然，在定義變量后不要超過變量的作用范圍，如果超過變量的范圍賦值，C編譯器并不報(bào)錯(cuò)，但程序運(yùn)行結(jié)果卻錯(cuò)了，而且這樣的錯(cuò)誤很難發(fā)現(xiàn)。  

在ICCAVR中，可以在Options中設(shè)定使用printf參數(shù)，盡量使用基本型參數(shù)(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式說明符)，少用長(zhǎng)整型參數(shù)(%ld、%lu、%lx和%lX格式說明符)，至于浮點(diǎn)型的參數(shù)(%f)則盡量不要使用，其它C編譯器也一樣。在其它條件不變的情況下，使用%f參數(shù)，會(huì)使生成的代碼的數(shù)量增加很多，執(zhí)行速度降低。  

3、減少運(yùn)算的強(qiáng)度  

（1）查表(游戲程序員必修課)  一個(gè)聰明的游戲大蝦，基本上不會(huì)在自己的主循環(huán)里搞什么運(yùn)算工作，絕對(duì)是先計(jì)算好了，再到循環(huán)里查表。如果表很大，不好寫，就寫一個(gè)init函數(shù)，在循環(huán)外臨時(shí)生成表格。

（2）求余運(yùn)算  

a=a%8;  可以改為：  a=a&7;  

說明：位操作只需一個(gè)指令周期即可完成，而大部分的C編譯器的“%”運(yùn)算均是調(diào)用子程序來完 成，代碼長(zhǎng)、執(zhí)行速度慢。通常，只要求是求2n方的余數(shù)，均可使用位操作的方法來代替。  

（3）平方運(yùn)算

 a=pow(a, 2.0);  可以改為：  a=a*a;

 說明：在有內(nèi)置硬件乘法器的單片機(jī)中(如51系列)，乘法運(yùn)算比求平方運(yùn)算快得多，因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)的求平方是通過調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)的，在自帶硬件乘法器的AVR單片機(jī)中，如ATMega163中，乘法運(yùn)算只需2個(gè)時(shí)鐘周期就可以完成。既使是在沒有內(nèi)置硬件乘法器的AVR單片機(jī)中，乘法運(yùn)算的子程序比平方運(yùn)算的子程序代碼短，執(zhí)行速度快。  

（4）用移位實(shí)現(xiàn)乘除法運(yùn)算  

a=a*4;  b=b/4;  可以改為：  a=a<<2;  b=b>>2;  

通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。在ICCAVR中，如果乘以2n，都可以生成左移的代碼，而乘以其它的整數(shù)或除以任何數(shù)，均調(diào)用乘除法子程序。用移位的方法得到代碼比調(diào)用乘除法子程序生成的代碼效率高。實(shí)際上，只要是乘以或除以一個(gè)整數(shù)，均可以用移位的方法得到結(jié)果。  

（5）避免不必要的整數(shù)除法

 整數(shù)除法是整數(shù)運(yùn)算中最慢的，所以應(yīng)該盡可能避免。一種可能減少整數(shù)除法的地方是連除，這里除法可以由乘法代替。這個(gè)替換的副作用是有可能在算乘積時(shí)會(huì)溢出，所以只能在一定范圍的除法中使用。  

（6）使用增量和減量操作符  

在使用到加一和減一操作時(shí)盡量使用增量和減量操作符，因?yàn)樵隽糠Z(yǔ)句比賦值語(yǔ)句更快，原因在于對(duì)大多數(shù)CPU來說，對(duì)內(nèi)存字的增、減量操作不必明顯地使用取內(nèi)存和寫內(nèi)存的指令。顯然，不用取指令和存指令，增、減量操作執(zhí)行的速度加快，同時(shí)長(zhǎng)度也縮短了。  

（7）使用復(fù)合賦值表達(dá)式  復(fù)合賦值表達(dá)式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質(zhì)量的程序代碼。  

（8）提取公共的子表達(dá)式  

在某些情況下，C++編譯器不能從浮點(diǎn)表達(dá)式中提出公共的子表達(dá)式，因?yàn)檫@意味著相當(dāng)于對(duì)表達(dá)式重新排序。需要特別指出的是，編譯器在提取公共子表達(dá)式前不能按照代數(shù)的等價(jià)關(guān)系重新安排表達(dá)式。這時(shí)，程序員要手動(dòng)地提出公共的子表達(dá)式。  

4、結(jié)構(gòu)體成員的布局  

很多編譯器有“使結(jié)構(gòu)體字，雙字或四字對(duì)齊”的選項(xiàng)。但是，還是需要改善結(jié)構(gòu)體成員的對(duì)齊，有些編譯器可能分配給結(jié)構(gòu)體成員空間的順序與他們聲明的不同。但是，有些編譯器并不提供這些功能，或者效果不好。所以，要在付出最少代價(jià)的情況下實(shí)現(xiàn)最好的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)體成員對(duì)齊，建議采取下列方法：  

（1）按數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度排序

 把結(jié)構(gòu)體的成員按照它們的類型長(zhǎng)度排序，聲明成員時(shí)把長(zhǎng)的類型放在短的前面。編譯器要求把長(zhǎng)型數(shù)據(jù)類型存放在偶數(shù)地址邊界。在申明一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型 (既有多字節(jié)數(shù)據(jù)又有單字節(jié)數(shù)據(jù)) 時(shí)，應(yīng)該首先存放多字節(jié)數(shù)據(jù)，然后再存放單字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣可以避免內(nèi)存的空洞。編譯器自動(dòng)地把結(jié)構(gòu)的實(shí)例對(duì)齊在內(nèi)存的偶數(shù)邊界。  

（2）把結(jié)構(gòu)體填充成最長(zhǎng)類型長(zhǎng)度的整倍數(shù)

 把結(jié)構(gòu)體填充成最長(zhǎng)類型長(zhǎng)度的整倍數(shù)。照這樣，如果結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員對(duì)齊了，所有整個(gè)結(jié)構(gòu)體自然也就對(duì)齊了。  

（3）按數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度排序本地變量  

當(dāng)編譯器分配給本地變量空間時(shí)，它們的順序和它們?cè)谠创a中聲明的順序一樣，和上一條規(guī)則一樣，應(yīng)該把長(zhǎng)的變量放在短的變量前面。如果第一個(gè)變量對(duì)齊了，其它變量就會(huì)連續(xù)的存放，而且不用填充字節(jié)自然就會(huì)對(duì)齊。有些編譯器在分配變量時(shí)不會(huì)自動(dòng)改變變量順序，有些編譯器不能產(chǎn)生4字節(jié)對(duì)齊的棧，所以4字節(jié)可能不對(duì)齊  

（4）把頻繁使用的指針型參數(shù)拷貝到本地變量  

避免在函數(shù)中頻繁使用指針型參數(shù)指向的值。因?yàn)榫幾g器不知道指針之間是否存在沖突，所以指針型參數(shù)往往不能被編譯器優(yōu)化。這樣數(shù)據(jù)不能被存放在寄存器中，而且明顯地占用了內(nèi)存帶寬。注意，很多編譯器有“假設(shè)不沖突”優(yōu)化開關(guān)（在VC里必須手動(dòng)添加編譯器命令行/Oa或/Ow），這允許編譯器假設(shè)兩個(gè)不同的指針總是有不同的內(nèi)容，這樣就不用把指針型參數(shù)保存到本地變量。否則，請(qǐng)?jiān)诤瘮?shù)一開始把指針指向的數(shù)據(jù)保存到本地變量。如果需要的話，在函數(shù)結(jié)束前拷貝回去。

5、循環(huán)優(yōu)化  

（1）充分分解小的循環(huán)  

要充分利用CPU的指令緩存，就要充分分解小的循環(huán)。特別是當(dāng)循環(huán)體本身很小的時(shí)候，分解循環(huán)可以提高性能。注意:很多編譯器并不能自動(dòng)分解循環(huán)。  

（2）提取公共部分  

對(duì)于一些不需要循環(huán)變量參加運(yùn)算的任務(wù)可以把它們放到循環(huán)外面，這里的任務(wù)包括表達(dá)式、函數(shù)的調(diào)用、指針運(yùn)算、數(shù)組訪問等，應(yīng)該將沒有必要執(zhí)行多次的操作全部集合在一起，放到一個(gè)init的初始化程序中進(jìn)行。  （3）延時(shí)函數(shù)

 通常使用的延時(shí)函數(shù)均采用自加的形式：  

void delay(void) ?
{ ?unsigned int i;
?for (i=0;i<1000;i++) ;
?} ?

將其改為自減延時(shí)函數(shù)：  

void delay (void)
?{ ?unsigned int i;
?for (i=1000;i>0;i--) ; ?}

 兩個(gè)函數(shù)的延時(shí)效果相似，但幾乎所有的C編譯對(duì)后一種函數(shù)生成的代碼均比前一種代碼少1~3個(gè)字節(jié)，因?yàn)閹缀跛械腗CU均有為0轉(zhuǎn)移的指令，采用后一種方式能夠生成這類指令。在使用while循環(huán)時(shí)也一樣，使用自減指令控制循環(huán)會(huì)比使用自加指令控制循環(huán)生成的代碼更少1~3個(gè)字母。但是在循環(huán)中有通過循環(huán)變量“i”讀寫數(shù)組的指令時(shí)，使用預(yù)減循環(huán)有可能使數(shù)組超界，要引起注意。

 （4）while循環(huán)和do…while循環(huán)  

在這兩種循環(huán)中，使用do…while循環(huán)編譯后生成的代碼的長(zhǎng)度短于while循環(huán)。  

（5）循環(huán)展開  

這是經(jīng)典的速度優(yōu)化，但許多編譯程序(如gcc -funroll-loops)能自動(dòng)完成這個(gè)事，所以現(xiàn)在你自己來優(yōu)化這個(gè)顯得效果不明顯。  

（6）循環(huán)嵌套  

把相關(guān)循環(huán)放到一個(gè)循環(huán)里，也會(huì)加快速度。

（7）Switch語(yǔ)句中根據(jù)發(fā)生頻率來進(jìn)行case排序

 Switch 可能轉(zhuǎn)化成多種不同算法的代碼。其中最常見的是跳轉(zhuǎn)表和比較鏈/樹。當(dāng)switch用比較鏈的方式轉(zhuǎn)化時(shí)，編譯器會(huì)產(chǎn)生if-else-if的嵌套代碼，并按照順序進(jìn)行比較，匹配時(shí)就跳轉(zhuǎn)到滿足條件的語(yǔ)句執(zhí)行。所以可以對(duì)case的值依照發(fā)生的可能性進(jìn)行排序，把最有可能的放在第一位，這樣可以提高性能。此外，在case中推薦使用小的連續(xù)的整數(shù)，因?yàn)樵谶@種情況下，所有的編譯器都可以把switch 轉(zhuǎn)化成跳轉(zhuǎn)表。  

（8）將大的switch語(yǔ)句轉(zhuǎn)為嵌套switch語(yǔ)句  

當(dāng)switch語(yǔ)句中的case標(biāo)號(hào)很多時(shí)，為了減少比較的次數(shù)，明智的做法是把大switch語(yǔ)句轉(zhuǎn)為嵌套switch語(yǔ)句。把發(fā)生頻率高的case 標(biāo)號(hào)放在一個(gè)switch語(yǔ)句中，并且是嵌套switch語(yǔ)句的最外層，發(fā)生相對(duì)頻率相對(duì)低的case標(biāo)號(hào)放在另一個(gè)switch語(yǔ)句中。

（9）循環(huán)轉(zhuǎn)置  

有些機(jī)器對(duì)JNZ(為0轉(zhuǎn)移)有特別的指令處理，速度非常快，如果你的循環(huán)對(duì)方向不敏感，可以由大向小循環(huán)。不過千萬(wàn)注意，如果指針操作使用了i值，這種方法可能引起指針越界的嚴(yán)重錯(cuò)誤(i = MAX+1;)。當(dāng)然你可以通過對(duì)i做加減運(yùn)算來糾正，但是這樣就起不到加速的作用。  

（10）公用代碼塊  

一些公用處理模塊，為了滿足各種不同的調(diào)用需要，往往在內(nèi)部采用了大量的if-then-else結(jié)構(gòu)，這樣很不好，判斷語(yǔ)句如果太復(fù)雜，會(huì)消耗大量的時(shí)間的，應(yīng)該盡量減少公用代碼塊的使用。(任何情況下，空間優(yōu)化和時(shí)間優(yōu)化都是對(duì)立的--東樓)。當(dāng)然，如果僅僅是一個(gè)(3==x)之類的簡(jiǎn)單判斷，適當(dāng)使用一下，也還是允許的。記住，優(yōu)化永遠(yuǎn)是追求一種平衡，而不是走極端。  

（11）提升循環(huán)的性能

 要提升循環(huán)的性能，減少多余的常量計(jì)算非常有用（比如，不隨循環(huán)變化的計(jì)算）。  如果已經(jīng)知道if()的值，這樣可以避免重復(fù)計(jì)算。雖然不好的代碼中的分支可以簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)，但是由于推薦的代碼在進(jìn)入循環(huán)前分支已經(jīng)確定，就可以減少對(duì)分支預(yù)測(cè)的依賴。  

（12）選擇好的無(wú)限循環(huán)  

在編程中，我們常常需要用到無(wú)限循環(huán)，常用的兩種方法是while (1) 和 for (；；)。這兩種方法效果完全一樣，但那一種更好呢？編譯后，for (；；)指令少，不占用寄存器，而且沒有判斷、跳轉(zhuǎn)，比while (1)好。

6、提高CPU的并行性  

（1）使用并行代碼  

盡可能把長(zhǎng)的有依賴的代碼鏈分解成幾個(gè)可以在流水線執(zhí)行單元中并行執(zhí)行的沒有依賴的代碼鏈。很多高級(jí)語(yǔ)言，包括C++，并不對(duì)產(chǎn)生的浮點(diǎn)表達(dá)式重新排序，因?yàn)槟鞘且粋€(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。需要注意的是，重排序的代碼和原來的代碼在代碼上一致并不等價(jià)于計(jì)算結(jié)果一致，因?yàn)楦↑c(diǎn)操作缺乏精確度。在一些情況下，這些優(yōu)化可能導(dǎo)致意料之外的結(jié)果。幸運(yùn)的是，在大部分情況下，最后結(jié)果可能只有最不重要的位（即最低位）是錯(cuò)誤的。  

（2）避免沒有必要的讀寫依賴  

當(dāng)數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存時(shí)存在讀寫依賴，即數(shù)據(jù)必須在正確寫入后才能再次讀取。雖然AMD Athlon等CPU有加速讀寫依賴延遲的硬件，允許在要保存的數(shù)據(jù)被寫入內(nèi)存前讀取出來，但是，如果避免了讀寫依賴并把數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部寄存器中，速度會(huì)更快。在一段很長(zhǎng)的又互相依賴的代碼鏈中，避免讀寫依賴顯得尤其重要。如果讀寫依賴發(fā)生在操作數(shù)組時(shí)，許多編譯器不能自動(dòng)優(yōu)化代碼以避免讀寫依賴。所以推薦程序員手動(dòng)去消除讀寫依賴，舉例來說，引進(jìn)一個(gè)可以保存在寄存器中的臨時(shí)變量。這樣可以有很大的性能提升。

7、循環(huán)不變計(jì)算  

對(duì)于一些不需要循環(huán)變量參加運(yùn)算的計(jì)算任務(wù)可以把它們放到循環(huán)外面，現(xiàn)在許多編譯器還是能自己干這件事，不過對(duì)于中間使用了變量的算式它們就不敢動(dòng)了，所以很多情況下你還得自己干。對(duì)于那些在循環(huán)中調(diào)用的函數(shù)，凡是沒必要執(zhí)行多次的操作通通提出來，放到一個(gè)init函數(shù)里，循環(huán)前調(diào)用。另外盡量減少喂食次數(shù)，沒必要的話盡量不給它傳參，需要循環(huán)變量的話讓它自己建立一個(gè)靜態(tài)循環(huán)變量自己累加，速度會(huì)快一點(diǎn)。  還有就是結(jié)構(gòu)體訪問，東樓的經(jīng)驗(yàn)，凡是在循環(huán)里對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體的兩個(gè)以上的元素執(zhí)行了訪問，就有必要建立中間變量了(結(jié)構(gòu)這樣，那C++的對(duì)象呢?想想看)。  

8、函數(shù)優(yōu)化  

（1）Inline函數(shù)  在C++中，關(guān)鍵字Inline可以被加入到任何函數(shù)的聲明中。這個(gè)關(guān)鍵字請(qǐng)求編譯器用函數(shù)內(nèi)部的代碼替換所有對(duì)于指出的函數(shù)的調(diào)用。這樣做在兩個(gè)方面快于函數(shù)調(diào)用：第一，省去了調(diào)用指令需要的執(zhí)行時(shí)間；第二，省去了傳遞變?cè)蛡鬟f過程需要的時(shí)間。但是使用這種方法在優(yōu)化程序速度的同時(shí)，程序長(zhǎng)度變大了，因此需要更多的ROM。使用這種優(yōu)化在Inline函數(shù)頻繁調(diào)用并且只包含幾行代碼的時(shí)候是最有效的。  （2）不定義不使用的返回值

 函數(shù)定義并不知道函數(shù)返回值是否被使用，假如返回值從來不會(huì)被用到，應(yīng)該使用void來明確聲明函數(shù)不返回任何值。  

（3）減少函數(shù)調(diào)用參數(shù)  

使用全局變量比函數(shù)傳遞參數(shù)更加有效率。這樣做去除了函數(shù)調(diào)用參數(shù)入棧和函數(shù)完成后參數(shù)出棧所需要的時(shí)間。然而決定使用全局變量會(huì)影響程序的模塊化和重入，故要慎重使用。  

（4）所有函數(shù)都應(yīng)該有原型定義  

一般來說，所有函數(shù)都應(yīng)該有原型定義。原型定義可以傳達(dá)給編譯器更多的可能用于優(yōu)化的信息。  

（5）盡可能使用常量(const)  盡可能使用常量(const)。C++ 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果一個(gè)const聲明的對(duì)象的地址不被獲取，允許編譯器不對(duì)它分配儲(chǔ)存空間。這樣可以使代碼更有效率，而且可以生成更好的代碼。  

(6）把本地函數(shù)聲明為靜態(tài)的(static)  如果一個(gè)函數(shù)只在實(shí)現(xiàn)它的文件中被使用，把它聲明為靜態(tài)的(static)以強(qiáng)制使用內(nèi)部連接。否則，默認(rèn)的情況下會(huì)把函數(shù)定義為外部連接。這樣可能會(huì)影響某些編譯器的優(yōu)化——比如，自動(dòng)內(nèi)聯(lián)。

9、采用遞歸  

與LISP 之類的語(yǔ)言不同，C語(yǔ)言一開始就病態(tài)地喜歡用重復(fù)代碼循環(huán)，許多C程序員都是除非算法要求，堅(jiān)決不用遞歸。事實(shí)上，C編譯器們對(duì)優(yōu)化遞歸調(diào)用一點(diǎn)都不反感，相反，它們還很喜歡干這件事。只有在遞歸函數(shù)需要傳遞大量參數(shù)，可能造成瓶頸的時(shí)候，才應(yīng)該使用循環(huán)代碼，其他時(shí)候，還是用遞歸好些。

10、變量  

（1）register變量  

在聲明局部變量的時(shí)候可以使用register關(guān)鍵字。這就使得編譯器把變量放入一個(gè)多用途的寄存器中，而不是在堆棧中，合理使用這種方法可以提高執(zhí)行速度。函數(shù)調(diào)用越是頻繁，越是可能提高代碼的速度。  在最內(nèi)層循環(huán)避免使用全局變量和靜態(tài)變量，除非你能確定它在循環(huán)周期中不會(huì)動(dòng)態(tài)變化，大多數(shù)編譯器優(yōu)化變量都只有一個(gè)辦法，就是將他們置成寄存器變量，而對(duì)于動(dòng)態(tài)變量，它們干脆放棄對(duì)整個(gè)表達(dá)式的優(yōu)化。盡量避免把一個(gè)變量地址傳遞給另一個(gè)函數(shù)，雖然這個(gè)還很常用。C語(yǔ)言的編譯器們總是先假定每一個(gè)函數(shù)的變量都是內(nèi)部變量，這是由它的機(jī)制決定的，在這種情況下，它們的優(yōu)化完成得最好。但是，一旦一個(gè)變量有可能被別的函數(shù)改變，這幫兄弟就再也不敢把變量放到寄存器里了，嚴(yán)重影響速度?？蠢樱? a = b();  c(&d);  因?yàn)閐 的地址被c函數(shù)使用，有可能被改變，編譯器不敢把它長(zhǎng)時(shí)間的放在寄存器里，一旦運(yùn)行到c(&d)，編譯器就把它放回內(nèi)存，如果在循環(huán)里，會(huì)造成N 次頻繁的在內(nèi)存和寄存器之間讀寫d的動(dòng)作，眾所周知，CPU在系統(tǒng)總線上的讀寫速度慢得很。比如你的賽楊300，CPU主頻300，總線速度最多66M，為了一個(gè)總線讀，CPU可能要等4-5個(gè)周期，得。。得。。得。。想起來都打顫。  

（2）同時(shí)聲明多個(gè)變量?jī)?yōu)于單獨(dú)聲明變量  

（3）短變量名優(yōu)于長(zhǎng)變量名，應(yīng)盡量使變量名短一點(diǎn)

（4）在循環(huán)開始前聲明變量  

11、使用嵌套的if結(jié)構(gòu)  

在if結(jié)構(gòu)中如果要判斷的并列條件較多，最好將它們拆分成多個(gè)if結(jié)構(gòu)，然后嵌套在一起，這樣可以避免無(wú)謂的判斷。  

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C++程序代碼優(yōu)化的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++代碼優(yōu)化內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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