机器无关优化与性能调优

"C的编程优化是一门涉及提高代码效率和性能的重要技术，通常包括机器独立的优化策略和针对特定系统的调优方法。这组PPT基于课本作者提供的材料，涵盖了多个主题，如代码移动、强度减弱、公共子表达式共享等基本优化技术，并强调了理解和考虑常数因子在性能中的作用。优化不仅限于算法，还包括数据表示、过程和循环等多个层面，需要深入理解编译和执行的过程以及如何识别和解决性能瓶颈。优化编译器在其中扮演关键角色，通过注册分配、代码选择和排序以及消除小的低效来提供程序到机器的高效映射，但通常不改变算法的渐进效率。" 详细说明： 1. 机器独立优化(Machine-Independent Optimizations)：这类优化与具体硬件平台无关，主要关注代码结构的改进。其中包括： - **代码移动(Code Motion)**：通过重排指令，避免不必要的计算或重复操作，提高执行效率。 - **强度减弱(Strength Reduction)**：将复杂的运算替换为更简单的等价运算，减少计算量。 - **公共子表达式共享(Common Subexpression Elimination)**：识别并消除重复的计算，节省计算时间和资源。 2. 调优(Tuning)：调优是针对特定系统或环境进行的优化，目标是找出并解决性能瓶颈。它包括： - **识别性能瓶颈**：通过性能分析工具来确定程序中的慢速部分。 - **多级别优化**：优化不仅仅局限于算法，还包括数据结构设计、函数和循环的优化。 3. 必须理解系统：优化性能要求对程序的编译过程、执行机制有深入了解，同时要掌握衡量性能的方法，以便定位问题并提出解决方案，同时保持代码的模块化和通用性。 4. 优化编译器(Optimizing Compilers)：编译器在优化过程中起到关键作用，它们通过以下方式改善代码： - **注册分配(Register Allocation)**：有效利用有限的处理器寄存器，减少内存访问，提高执行速度。 - **代码选择和排序(Code Selection and Ordering)**：选择最高效的指令序列，调整指令顺序以减少延迟。 - **消除小的低效(Eliminating Minor Inefficiencies)**：移除冗余操作，简化代码逻辑。 5. 性能和复杂度：虽然优化通常不改变算法的渐进效率（大O符号表示的时间复杂度），但常数因子在实际性能上往往起着决定性作用，因此优化常数因子同样重要。 6. 选择最佳算法：程序员需要根据实际情况选择最优的算法，因为大的时间复杂度节省通常比小的常数因子改进更重要。然而，在某些情况下，考虑到常数因子的影响，优化常数因子可能带来显著的性能提升。 C的编程优化是一项综合性的任务，涉及到从算法设计到代码实现的每一个细节，需要对程序的运行机制有深刻理解，才能有效地提升软件的运行效率。