C++性能之战（7）--一些凑不成一篇文章的C++优化技巧

蔚落 2023-02-25 08:51 66阅读 0赞

# 0. 写在最前面 #

本文持续更新地址：[https://haoqchen.site/2020/07/11/some-cpp-optimize/][https_haoqchen.site_2020_07_11_some-cpp-optimize]

有一些比较小的优化技巧，凑不成一篇文章，在这里做个记录。

如果觉得写得还不错，可以找我其他文章来看看哦～～～可以的话帮我github点个赞呗。  
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# 1. Strength reduction #

译作`强度折减`？这是编译器的优化技术，现在一般的编译器都已经能够自动识别，不需要我们自己实现。但有些比较老，或者功能不强的编译器还是最好自己整一下。

这个概念诞生是因为不同指令在CPU中的执行时间是不一样的，比如乘法的执行时间就远远大于移位，乘法也远远大于加法。那自然就有人会想将乘法这种高强度的计算转换成移位或者加法。

## 1.1 基本运算 ##

以下是一些可以进行Strength reduction的操作，引自维基百科：  
![在这里插入图片描述][20200711200057757.png]  
目前常见的编译器应该都会对操作数是`2^n`的进行优化，但其他的不太敢保证。实在不放心可以自己优化，记得很早前做单片机的时候，那些编译器就真的需要自己优化，否则分分钟不够时间。

## 1.2 浮点数除法转乘法 ##

这里有一点值得提醒，同一类型**乘法占用的CPU时间是比除法要少**的，所以能写乘法就不要写除法。

快到什么程度呢，1个除法比3个乘法还要耗时，即使是开了O2优化：

详细代码请参考[github中的strength\_reduction.cpp][github_strength_reduction.cpp]

// （1）两次除法，一次加法
    mul.start();
    for (int j = 0; j < i; ++j){
        
        result[j] = a1[j] / b1[j] + a2[j] / b2[j];
    }
    mul.stop();
    // （2）一次除法，一次加法，三次乘法
    result.clear();
    plus.start();
    for (int j = 0; j < i; ++j){
        
        result[j] = (a1[j] * b2[j] + a2[j] * b1[1]) / (b1[j] *b2[j]);
    }
    plus.stop();

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM4MzQ1MjU_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 2. 用空间换时间 #

这个最常见的就是先进行预计算，然后存到数组中备用。比如`sin`和`cos`，在机器人以及定位建图等经常会用到，而他们耗时又非常多，我们可以搞个36000大小的数组，预先计算好`sin`的值，0.01度的分辨率已经能满足大多数人对精度的要求了。

但也有人指出，使用lookup table的方式时，内存读取有时会比重新计算还要耗时，尤其是多线程存在race condition时。

# 3. 减少临时对象的产生 #

## 3.1 多使用+=、-=、\*=和/= ##

int a = 0;
    a = 10 + a; // 有临时变量产生
    
    a += 10; // 无临时变量产生

## 3.2 理清赋值与构造的区别 ##

std::string s3_1; 
    s3_1 = s1 + s2; // 此处是先构造再赋值，产生临时对象，这是最差的代码
    
    std::string s3_2 = s1 + s2; // 此处是直接构造，产生临时对象，次好
    
    std::string s3_3(a);
    s3_3 += b; // 不产生临时变量，最好

## 3.3 使用std::move充分利用临时变量 ##

当某个临时变量后面不需要再用到时，可以在赋值或emplace\_back时使用`std::move`将其变为右值，这样能减少一次析构和一次构造，让临时变量得到充分利用。

# 4. 延迟声明局部变量 #

这是C++相对于C的改进，C的函数中，变量的定义必须放在最开头，但C++的变量定义可以放在函数的任意地方，甚至可以放在return前（虽然没什么用）。延迟声明的意思是要用到再声明，这样就只会在用到时再声明，没用到时就省了。

# 参考 #

*  [Strength reduction的Wiki][Strength reduction_Wiki]
 *  [C++性能优化一个大牛的总结][C]值得细度很多遍
 *  [Tips for Optimizing C/C++ Code][Tips for Optimizing C_C_ Code]

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[github_strength_reduction.cpp]: https://github.com/HaoQChen/code_test/blob/master/strength_reduction.cpp
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM4MzQ1MjU_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230209/8fcca821dfeb4e30b8ac8efe2051670a.png
[Strength reduction_Wiki]: https://en.wikipedia.org/wiki/Strength_reduction?spm=a2c4e.10696291.0.0.2ae519a4lbLrYm
[C]: https://developer.aliyun.com/article/412574
[Tips for Optimizing C_C_ Code]: https://people.cs.clemson.edu/~dhouse/courses/405/papers/optimize.pdf