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Lua性能優(yōu)化技巧(二):基本事實(shí)

 更新時(shí)間:2015年04月21日 08:53:58   投稿:junjie  
這篇文章主要介紹了Lua性能優(yōu)化技巧(二):基本事實(shí),本文講解了一些編譯器和寄存器的一些知識(shí),需要的朋友可以參考下

在運(yùn)行任何代碼之前,Lua都會(huì)把源代碼翻譯(預(yù)編譯)成一種內(nèi)部的格式。這種格式是一個(gè)虛擬機(jī)指令序列,與真實(shí)的CPU所執(zhí)行的機(jī)器碼類似。之后,這個(gè)內(nèi)部格式將會(huì)被由一個(gè)包含巨大的switch結(jié)構(gòu)的while循環(huán)組成的C代碼解釋執(zhí)行,switch中的每個(gè)case對(duì)應(yīng)一條指令。

可能你已經(jīng)在別處了解到,從5.0版開始,Lua使用一種基于寄存器的虛擬機(jī)。這里所說的虛擬機(jī)“寄存器”與真正的CPU寄存器并不相同,因?yàn)楹笳唠y于移植,而且數(shù)量非常有限。Lua使用一個(gè)棧(通過一個(gè)數(shù)組和若干索引來實(shí)現(xiàn))來提供寄存器。每個(gè)活動(dòng)的函數(shù)都有一個(gè)激活記錄,也就是棧上的一個(gè)可供該函數(shù)存儲(chǔ)寄存器的片段。因此,每個(gè)函數(shù)都有自己的寄存器[1]。一個(gè)函數(shù)可以使用最多250個(gè)寄存器,因?yàn)槊總€(gè)指令只有8位用于引用一個(gè)寄存器。

由于寄存器數(shù)目眾多,因此Lua預(yù)編譯器可以把所有的局部變量都保存在寄存器里。這樣帶來的好處是,訪問局部變量會(huì)非???。例如,如果a和b是局部變量,語(yǔ)句

復(fù)制代碼 代碼如下:

a = a + b

將只會(huì)生成一個(gè)指令:
復(fù)制代碼 代碼如下:

ADD 0 0 1

(假設(shè)a和b在寄存器里分別對(duì)應(yīng)0和1)。作為對(duì)比,如果a和b都是全局變量,那么這段代碼將會(huì)變成:
復(fù)制代碼 代碼如下:

GETGLOBAL 0 0 ; a
GETGLOBAL 1 1 ; b
ADD 0 0 1
SETGLOBAL 0 0 ; a

因此,可以很簡(jiǎn)單地得出在Lua編程時(shí)最重要的性能優(yōu)化方式:使用局部變量!

如果你想壓榨程序的性能,有很多地方都可以使用這個(gè)方法。例如,如果你要在一個(gè)很長(zhǎng)的循環(huán)里調(diào)用一個(gè)函數(shù),可以預(yù)先將這個(gè)函數(shù)賦值給一個(gè)局部變量。比如說如下代碼:

復(fù)制代碼 代碼如下:

for i = 1, 1000000 do
    local x = math.sin(i)
end

比下面這段要慢30%:
復(fù)制代碼 代碼如下:

local sin = math.sin
for i = 1, 1000000 do
    local x = sin(i)
end

訪問外部局部變量(或者說,函數(shù)的上值)沒有直接訪問局部變量那么快,但依然比訪問全局變量要快一些。例如下面的代碼片段:

復(fù)制代碼 代碼如下:

function foo (x)
    for i = 1, 1000000 do
        x = x + math.sin(i)
    end
    return x
end

print(foo(10))


可以優(yōu)化為在foo外聲明一次sin:

復(fù)制代碼 代碼如下:

local sin = math.sin
function foo (x)
    for i = 1, 1000000 do
        x = x + sin(i)
    end
    return x
end

print(foo(10))


第二段代碼比前者要快30%。

盡管比起其他語(yǔ)言的編譯器來說,Lua的編譯器非常高效,但是編譯依然是重體力活。因此,應(yīng)該盡可能避免運(yùn)行時(shí)的編譯(例如使用loadstring函數(shù)),除非你真的需要有如此動(dòng)態(tài)要求的代碼,例如由用戶輸入的代碼。只有很少的情況下才需要?jiǎng)討B(tài)編譯代碼。

例如,下面的代碼創(chuàng)建一個(gè)包含返回常數(shù)值1到100000的若干個(gè)函數(shù)的表:

復(fù)制代碼 代碼如下:

local lim = 10000
local a = {}
for i = 1, lim do
    a[i] = loadstring(string.format("return %d", i))
end

print(a[10]()) --> 10


執(zhí)行這段代碼需要1.4秒。

通過使用閉包,我們可以避免使用動(dòng)態(tài)編譯。下面的代碼只需要十分之一的時(shí)間完成相同的工作:

復(fù)制代碼 代碼如下:

function fk (k)
    return function () return k end
end

local lim = 100000
local a = {}
for i = 1, lim do a[i] = fk(i) end

print(a[10]()) --> 10

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