C语言代码优化的方法

简介

声明

哪里需要使用这些方法？

整形数

register unsigned int variable_name;

除法和取余数

Time (numerator / denominator) = C0 + C1* log2 (numerator / denominator)
     = C0 + C1 * (log2 (numerator) - log2 (denominator)).

合并除法和取余数

int func_div_and_mod (int a, int b) 
{         
    return (a / b) + (a % b);    
}

通过2的幂次进行除法和取余数

typedef unsigned int uint;

uint div32u (uint a) 
{
     return a / 32;
}
int div32s (int a)
{
    return a / 32;
}

取模的一种替代方法

uint modulo_func1 (uint count)
{
    return (++count % 60);
}

uint modulo_func2 (uint count)
{
    if (++count >= 60)
        count = 0;
    return (count);
}

使用数组下标

switch ( queue ) 
{
    case 0 :   letter = 'W';   
        break;
    case 1 :   letter = 'S';   
        break;
    case 2 :   letter = 'U';   
        break;
}

if ( queue == 0 )  
    letter = 'W';
else if ( queue == 1 )  
    letter = 'S';
else  letter = 'U';

static char *classes="WSU"; 
letter = classes[queue];

全局变量

int f(void);
int g(void);
int errs;
void test1(void)
{  
    errs += f();  
    errs += g();
} 
void test2(void)
{  
    int localerrs = errs;  
    localerrs += f();  
    localerrs += g();  
    errs = localerrs;
}

使用别名

void func1( int *data )
{    
    int i;     
    for(i=0; i<10; i++)    
    {          
        anyfunc( *data, i);    
    }
}

void func1( int *data )
{    
    int i;    
    int localdata;     
    localdata = *data;    
    for(i=0; i<10; i++)    
    {          
        anyfunc (localdata, i);    
    }
}

变量的生命周期分割

• 限定变量的使用数量：这个可以通过保持函数中的表达式简单、小巧、不使用太多的变量实现。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：这样允许我们告诉编译器该变量是需要经常使用的，所以需要优先存储于寄存器中。然而，在某种情况下，这样的变量依然可能会被分割出寄存器。

变量类型

局部变量

int wordinc (int a)
{   
    return a + 1;
}
short shortinc (short a)
{    
    return a + 1;
}
char charinc (char a)
{    
    return a + 1;
}

指针

void print_data_of_a_structure (const Thestruct  *data_pointer)
{    
    ...printf contents of the structure...
}

指针链

typedef struct { int x, y, z; } Point3;
typedef struct { Point3 *pos, *direction; } Object;
 
void InitPos1(Object *p)
{
   p->pos->x = 0;
   p->pos->y = 0;
   p->pos->z = 0;
}

void InitPos2(Object *p)
{
   Point3 *pos = p->pos;
   pos->x = 0;
   pos->y = 0;
   pos->z = 0;
}

条件执行

int g(int a, int b, int c, int d)
{
   if (a > 0 && b > 0 && c < 0 && d < 0)
   //  grouped conditions tied up together//
      return a + b + c + d;
   return -1;
}

布尔表达式和范围检查

bool PointInRectangelArea (Point p, Rectangle *r)
{
   return (p.x >= r->xmin && p.x < r->xmax &&
                      p.y >= r->ymin && p.y < r->ymax);
}

bool PointInRectangelArea (Point p, Rectangle *r)
{
    return ((unsigned) (p.x - r->xmin) < r->xmax &&
   (unsigned) (p.y - r->ymin) < r->ymax);
 
}

布尔表达式和零值比较

int aFunction(int x, int y)
{
   if (x + y < 0)
      return 1;
  else
     return 0;
}

int sum(int x, int y)
{
   int res;
   res = x + y;
   if ((unsigned) res < (unsigned) x) // carry set?  //
     res++;
   return res;
}

懒检测开发

用switch()函数替代if…else…

if( val == 1)
    dostuff1();
else if (val == 2)
    dostuff2();
else if (val == 3)
    dostuff3();

switch( val )
{
    case 1: dostuff1(); break;

    case 2: dostuff2(); break;

    case 3: dostuff3(); break;
}

二分中断

if(a==1) {
} else if(a==2) {
} else if(a==3) {
} else if(a==4) {
} else if(a==5) {
} else if(a==6) {
} else if(a==7) {
} else if(a==8)

{
}

if(a<=4) {
    if(a==1)     {
    }  else if(a==2)  {
    }  else if(a==3)  {
    }  else if(a==4)   {

    }
}
else
{
    if(a==5)  {
    } else if(a==6)   {
    } else if(a==7)  {
    } else if(a==8)  {
    }
}

if(a<=4)
{
    if(a<=2)
    {
        if(a==1)
        {
            /* a is 1 */
        }
        else
        {
            /* a must be 2 */
        }
    }
    else
    {
        if(a==3)
        {
            /* a is 3 */
        }
        else
        {
            /* a must be 4 */
        }
    }
}
else
{
    if(a<=6)
    {
        if(a==5)
        {
            /* a is 5 */
        }
        else
        {
            /* a must be 6 */
        }
    }
    else
    {
        if(a==7)
        {
            /* a is 7 */
        }
        else
        {
            /* a must be 8 */
        }
    }
}

switch语句vs查找表

• 调用一到多个函数
• 设置变量值或者返回一个值
• 执行一到多个代码片段

char * Condition_String1(int condition) {
  switch(condition) {
     case 0: return "EQ";
     case 1: return "NE";
     case 2: return "CS";
     case 3: return "CC";
     case 4: return "MI";
     case 5: return "PL";
     case 6: return "VS";
     case 7: return "VC";
     case 8: return "HI";
     case 9: return "LS";
     case 10: return "GE";
     case 11: return "LT";
     case 12: return "GT";
     case 13: return "LE";
     case 14: return "";
     default: return 0;
  }
}
 
char * Condition_String2(int condition) {
   if ((unsigned) condition >= 15) return 0;
      return
      "EQ\0NE\0CS\0CC\0MI\0PL\0VS\0VC\0HI\0LS\0GE\0LT\0GT\0LE\0\0" +
       3 * condition;
}

循环

循环终止

int fact1_func (int n)
{
    int i, fact = 1;
    for (i = 1; i <= n; i++)
      fact *= i;
    return (fact);
}
 
int fact2_func(int n)
{
    int i, fact = 1;
    for (i = n; i != 0; i--)
       fact *= i;
    return (fact);
}

更快的for()循环

for( i=0;  i<10;  i++){ ... }

for( i=10; i--; ) { ... }

for(i=10; i; i--){}

for(i=10; i!=0; i--){}

合并循环

函数循环

for(i=0 ; i<100 ; i++)
{
    func(t,i);
}
-
-
-
void func(int w,d)
{
    lots of stuff.
}

func(t);
-
-
-
void func(w)
{
    for(i=0 ; i<100 ; i++)
    {
        //lots of stuff.
    }
}

循环展开

for(i=0;i< limit;i++) { ... }

//Example 1
 
#include
 
#define BLOCKSIZE (8)
 
void main(void)
{
int i = 0;
int limit = 33;  /* could be anything */
int blocklimit;
 
/* The limit may not be divisible by BLOCKSIZE,
 * go as near as we can first, then tidy up.
 */
blocklimit = (limit / BLOCKSIZE) * BLOCKSIZE;
 
/* unroll the loop in blocks of 8 */
while( i < blocklimit )
{
    printf("process(%d)\n", i);
    printf("process(%d)\n", i+1);
    printf("process(%d)\n", i+2);
    printf("process(%d)\n", i+3);
    printf("process(%d)\n", i+4);
    printf("process(%d)\n", i+5);
    printf("process(%d)\n", i+6);
    printf("process(%d)\n", i+7);
 
    /* update the counter */
    i += 8;
 
}
 
/*
 * There may be some left to do.
 * This could be done as a simple for() loop,
 * but a switch is faster (and more interesting)
 */
 
if( i < limit )
{
    /* Jump into the case at the place that will allow
     * us to finish off the appropriate number of items.
     */
 
    switch( limit - i )
    {
        case 7 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 6 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 5 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 4 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 3 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 2 : printf("process(%d)\n", i); i++;
        case 1 : printf("process(%d)\n", i);
    }
}
 
}

统计非零位的数量

//Example - 1

int countbit1(uint n)
{
  int bits = 0;
  while (n != 0)
  {
    if (n & 1) bits++;
    n >>= 1;
   }
  return bits;
}

//Example - 2

int countbit2(uint n)
{
   int bits = 0;
   while (n != 0)
   {
      if (n & 1) bits++;
      if (n & 2) bits++;
      if (n & 4) bits++;
      if (n & 8) bits++;
      n >>= 4;
   }
   return bits;
}

尽早的断开循环

found = FALSE;
for(i=0;i<10000;i++)
{
    if( list[i] == -99 )
    {
        found = TRUE;
    }
}
 
if( found ) 
    printf("Yes, there is a -99. Hooray!\n");

found = FALSE;
for(i=0; i<10000; i++)
{
    if( list[i] == -99 )
    {
        found = TRUE;
        break;
    }
}
if( found ) 
    printf("Yes, there is a -99. Hooray!\n");

函数设计

函数调用的性能消耗

int f1(int a, int b, int c, int d) {
   return a + b + c + d;
}
 
int g1(void) {
   return f1(1, 2, 3, 4);
}
 
int f2(int a, int b, int c, int d, int e, int f) {
  return a + b + c + d + e + f;
}
 
ing g2(void) {
 return f2(1, 2, 3, 4, 5, 6);
}

减少函数参数传递消耗

• 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。
• 如果函数需要多于四个的参数，尽量确保使用后面参数的价值高于让其存储于栈所付出的代价。
• 通过指针传递参数的引用而不是传递参数结构体本身。
• 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。
• 尽量少用占用两个字大小的long类型参数。对于需要浮点类型的程序，double也因为占用两个字大小而应尽量少用。
• 避免函数参数既存在于寄存器又存在于栈中（称之为参数拆分）。现在的编译器对这种情况处理的不够高效：所有的寄存器变量也会放入到栈中。
• 避免变参。变参函数将参数全部放入栈。

叶子函数

• 避免调用其他函数：包括那些转而调用C库的函数（比如除法或者浮点数操作函数）。
• 对于简短的函数使用__inline修饰（）。

内联函数

__inline int square(int x) {
   return x * x;
}
 
#include 
 
double length(int x, int y){
    return sqrt(square(x) + square(y));
}

• 没有函数调用负担。函数调用处直接替换为函数体，因此没有诸如读取寄存器变量等性能消耗。
• 更小的参数传递消耗。由于不需要拷贝变量，传递参数的消耗更小。如果参数是常量，编译器可以提供更好的优化。

使用查找表

浮点运算

• 浮点除法很慢。浮点除法比加法或者乘法慢两倍。通过使用常量将除法转换为乘法（例如，x=x/3.0可以替换为x=x*(1.0/3.0)）。常量的除法在编译期间计算。
• 使用float代替double。Float类型的变量消耗更好的内存和寄存器，并由于精度低而更加高效。如果精度够用，尽可能使用float。
• 避免使用先验函数。先验函数，例如sin、exp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。
• 简化浮点运算表达式。编译器并不能将应用于整型操作的优化手段应用于浮点操作。例如，3*(x/3)可以优化为x，而浮点运算就会损失精度。因此，如果知道结果正确，进行必要手工浮点优化是有必要的。

其他技巧

• 尽量不在循环中使用++和–。例如：while(n–){}，这有时难于优化。
• 减少全局变量的使用。
• 除非像声明为全局变量，使用static修饰变量为文件内访问。
• 尽可能使用一个字大小的变量（int、long等），使用它们（而不是char，short，double，位域等）机器可能运行的更快。
• 不使用递归。递归可能优雅而简单，但需要太多的函数调用。
• 不在循环中使用sqrt开平方函数，计算平方根非常消耗性能。
• 一维数组比多维数组更快。
• 编译器可以在一个文件中进行优化-避免将相关的函数拆分到不同的文件中，如果将它们放在一起，编译器可以更好的处理它们（例如可以使用inline）。
• 单精度函数比双精度更快。
• 浮点乘法运算比浮点除法运算更快-使用val*0.5而不是val/2.0。
• 加法操作比乘法快-使用val+val+val而不是val*3。
• put()函数比printf()快，但不灵活。
• 使用#define宏取代常用的小函数。
• 二进制/未格式化的文件访问比格式化的文件访问更快，因为程序不需要在人为可读的ASCII和机器可读的二进制之间转化。如果你不需要阅读文件的内容，将它保存为二进制。
• 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。如果一个结构一秒钟内需要多次创建并销毁，试着设置mallopt选项。

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