你用什么编码技术来优化C程序？

 

几年前，我在一个面板上，正在面试相对高级的嵌入式C程序员职位的候选人。

我问的一个标准问题是关于优化技术。 我很惊讶有些候选人没有答案。

因此，为了为后人列出一份清单 - 在优化C程序时通常使用哪些技术和构造？

速度和尺寸优化的答案都可以接受。

首先要做的事 - 不要太早优化。 花时间仔细优化一小段代码，发现它不是您认为它将会出现的瓶颈并不罕见。 或者换句话说，“在你快速制作之前，让它工作”

调查在优化代码之前是否有任何优化算法的选项。 通过优化一个糟糕的算法，而不是优化代码会更容易找到性能的改进，只有当您改变算法时才会抛弃它。

并找出你为什么需要首先进行优化。 你想达到什么目的？ 如果您正试图改进某些事件的响应时间，那么是否有机会更改执行顺序以最小化时间关键区域。 例如，当试图改善对某些外部中断的响应时，可以在事件之间的死亡时间内做任何准备工作？

一旦你决定你需要优化代码，你优化哪个位？ 使用分析器。 集中注意力（第一）在最常用的区域。

那么你可以对这些领域做些什么？

  • 减少条件检查。 检查条件（例如循环的终止条件）是没有花费在实际处理上的时间。 条件检查可以通过循环展开等技术来最小化。
  • 在某些情况下，条件检查也可以通过使用函数指针来消除。 例如，如果你正在实现一个状态机，你可能会发现将各个状态的处理程序实现为小函数（使用统一的原型）并通过存储下一个处理程序的函数指针来存储“下一个状态”比使用在单个case语句中实现的具有处理程序代码的大型switch语句。 因人而异。
  • 尽量减少函数调用 函数调用通常会带来上下文保存的负担（例如，将寄存器中包含的局部变量写入堆栈，保存堆栈指针），因此如果不必拨打电话，则可节省时间。 一种选择（如果你正在优化速度而不是空间）是利用内联函数。
  • 如果函数调用不可避免地最小化传递给函数的数据。 例如，传递指针可能比传递结构更有效率。
  • 在为速度进行优化时，请选择适合您平台的本机大小的数据类型。 例如，在32位处理器上，操作32位值可能比8位或16位值更有效。 （注意 - 值得检查一下编译器是否按照你的想法进行了检查，我发现我的编译器坚持要对8位值进行16位算术运算，并将所有的转换和转换与他们一起去）
  • 查找可以预先计算的数据，并且可以在初始化期间计算，也可以在编译时计算（更好）。 例如，在实现CRC时，您可以即时计算CRC值（使用直接使用多项式），这对于大小很大（但性能可怕），或者可以生成一个包含所有临时值的表格 - 这是一个执行速度要快得多，对规模不利。
  • 本地化您的数据。 如果你经常操纵一个数据块，你的处理器可以通过将其全部存储在缓存中来加快速度。 您的编译器可以使用适合更多本地化数据的较短指令（例如，使用8位偏移量而不是32位的指令）
  • 同样，本地化您的功能。 出于同样的原因。
  • 弄清楚你可以对你正在执行的操作做出的假设，并找出利用它们的方法。 例如，在8位平台上，如果您对32位值进行的唯一操作是增量，则可能会发现通过专门为此目的内联（或创建宏）可以比编译器做得更好，而不是使用正常的算术运算。
  • 避免昂贵的指示 - 分部是一个很好的例子。
  • “注册”关键字可以是你的朋友（虽然希望你的编译器对你的注册使用情况有很好的想法）。 如果你打算使用“注册”，很可能你必须声明你想先注册的局部变量。
  • 与您的数据类型保持一致。 如果您对数据类型混合使用算术（例如，shorts和ints，double和float），那么编译器会为每个不匹配添加隐式类型转换。 这是浪费的CPU周期，可能不是必需的。

    • 上面列出的大多数选项都可以用作正常练习的一部分，没有任何不良影响。 但是，如果你真的试图取得最佳性能： - 调查你可以安全地禁用错误检查。 这不是建议的，但它会为你节省一些空间和周期。 - 在汇编程序中手工编写代码的一部分。 这当然意味着你的代码不再是可移植的，但是这不是一个问题，你可能会在这里找到节省。 请注意，尽管可能会有时间丢失数据移入和移出寄存器的数据（即，为了满足您编译器的寄存器使用情况）。 另外请注意，你的编译器本身应该做的很好。 （当然，也有例外）

    正如其他人所说： 简介，简介简介。

    至于实际的技术，我认为还没有提到：

    冷热数据分离 ：保持在CPU的缓存中非常重要。 帮助实现这一目标的一种方法是将您的数据结构分为经常访问（“热”）和很少访问（“冷”）的部分。

    一个例子：假设你有一个像这样的客户结构： 

    struct Customer
{
    int ID;
    int AccountNumber;
    char Name[128];
    char Address[256];
};

Customer customers[1000];

    现在，让我们假设你想访问ID和AccountNumber很多，但不是那么多的名称和地址。 你要做的是将它分成两部分： 

    struct CustomerAccount
{
    int ID;
    int AccountNumber;
    CustomerData *pData;
};

struct CustomerData
{
    char Name[128];
    char Address[256];
};

CustomerAccount customers[1000];

    通过这种方式，当循环访问“customers”数组时，每个条目只有12个字节，因此您可以在缓存中容纳更多条目。 如果可以将其应用于渲染引擎的内部环境，则这可能是一个巨大的胜利。

    我最喜欢的技术是使用一个好的分析器。 没有一个好的配置文件告诉你瓶颈在哪里，没有任何技巧和技巧可以帮助你。

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