C/C++代码优化技巧

“本文提供了优化C/C++代码的技巧，由Kurt Guntheroth撰写，重点关注C++性能提升。” 在编写高性能的C/C++程序时，优化是至关重要的一步。以下是一些关键的优化策略和原则： 1. 阿姆达尔定律（Amdahl's Law）：阿姆达尔定律描述了程序整体性能提升与特定部分优化的关系。公式表示为：Speedup = (time_old / time_new) = 1 / (1 - func_cost) + func_cost / func_speedup。其中，func_cost是函数func运行时间占程序总运行时间的百分比，func_speedup是该函数优化后的速度提升倍数。例如，如果你优化了占用40%运行时间的TriangleIntersect()函数，使其速度提高两倍，那么整个程序将加快25%。这意味着不常使用的代码（如场景加载器）可能无需过多优化，应该优先优化常见情况。 2. 先保证正确性，再进行优化：首先，确保代码功能正确，然后再考虑优化。这并不意味着先花8周时间完成一个功能完备的光线追踪器，然后再花8周时间优化。应分步骤进行优化，先编写正确无误的代码，然后针对频繁调用的部分进行明显优化。之后，使用性能分析工具找出瓶颈，并通过优化或改进算法来消除这些瓶颈。优化算法往往可以显著改变性能瓶颈的位置，可能会转移到其他函数上。 3. 使用inline关键字：对于小而频繁调用的函数，使用inline关键字可以避免函数调用带来的开销。但是，过度使用inline可能导致编译器生成较大的代码体积，反而影响性能，因此需要适度。 4. 内存对齐与数据结构优化：正确地对齐数据结构可以减少内存访问的开销，尤其是在处理向量和矩阵运算时。了解你的硬件平台的内存对齐规则，并根据需要使用如#pragma pack或alignas等指令。 5. 避免冗余计算：如果某个值在循环内被多次计算，考虑将其存储在一个临时变量中，以减少重复计算。 6. 缓存利用：了解CPU缓存的工作原理，尽可能减少缓存未命中的次数。这可能涉及数据布局的调整，以及减少不必要的数据依赖。 7. 使用预编译头文件：大型项目中，预编译头文件可以减少编译时间，因为它们只在源文件改变时重新编译。 8. 多线程并行化：利用多核处理器的能力，将任务分解到多个线程中执行。但需要注意同步和数据竞争问题。 9. 动态规划与空间效率：合理使用动态规划和数据结构，如哈希表、堆等，可以提高算法效率。 10. 使用模板元编程：在编译时执行计算，可以减少运行时开销，但需注意过度使用可能导致编译时间过长。 优化是一个迭代的过程，需要在正确性、性能和可维护性之间找到平衡。通过理解代码的执行流程，使用合适的工具进行性能分析，以及持续学习和应用新的优化技术，你可以有效地提升C/C++程序的性能。