本文以C/C++程序?yàn)槔v述了程序運(yùn)行效率的10個簡單方法，分享給大家供大家參考之用。具體分析如下：

對于每一個程序員來說，程序的運(yùn)行效率都是一個值得重視，并為之付出努力的問題。但是程序性能的優(yōu)化也是一門復(fù)雜的學(xué)問，需要很多的知識，然而并不是每個程序員都具備這樣的知識，而且論述如何優(yōu)化程序提高程序運(yùn)行效率的書籍也很少。但是這并不等于我們可以忽略程序的運(yùn)行效率，下面就介紹一下本人積累的一些簡單實(shí)用的提高程序運(yùn)行效率的方法，希望對大家有所幫助。

一、盡量減少值傳遞，多用引用來傳遞參數(shù)。
至于其中的原因，相信大家也很清楚，如果參數(shù)是int等語言自定義的類型可能能性能的影響還不是很大，但是如果參數(shù)是一個類的對象，那么其效率問題就不言而喻了。例如一個判斷兩個字符串是否相等的函數(shù)，其聲明如下：

bool Compare（string s1, string s2)
bool Compare(string *s1, string *s2)
bool Compare(string &s1, string &s2)
bool Compare(const string &s1, const string &s2)

其中若使用第一個函數(shù)（值傳遞），則在參數(shù)傳遞和函數(shù)返回時，需要調(diào)用string的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)兩次（即共多調(diào)用了四個函數(shù)），而其他的三個函數(shù)（指針傳遞和引用傳遞）則不需要調(diào)用這四個函數(shù)。因?yàn)橹羔樅鸵枚疾粫?chuàng)建新的對象。如果一個構(gòu)造一個對象和析構(gòu)一個對象的開銷是龐大的，這就是會效率造成一定的影響。

然而在很多人的眼中，指針是一個惡夢，使用指針就意味著錯誤，那么就使用引用吧！它與使用普通值傳遞一樣方便直觀，同時具有指針傳遞的高效和能力。因?yàn)橐檬且粋€變量的別名，對其操作等同于對實(shí)際對象操作，所以當(dāng)你確定在你的函數(shù)是不會或不需要變量參數(shù)的值時，就大膽地在聲明的前面加上一個const吧，就如最后的一個函數(shù)聲明一樣。

同時加上一個const還有一個好處，就是可以對常量進(jìn)行引用，若不加上const修飾符，引用是不能引用常量的。

二、++i和i++引申出的效率問題

看了上面的第一點(diǎn)，你可能覺得，那不就是多調(diào)用了四個函數(shù)而已，你可能對此不屑一顧。那么來看看下面的例子，應(yīng)該會讓你大吃一驚。

至于整型變量的前加和后加的區(qū)別相信大家也是很清楚的。然而在這里我想跟大家談的卻是C++類的運(yùn)算符重載，為了與整形變量的用法一致，在C++中重載運(yùn)算符++時一般都會把前加和后加都重載。你可能會說，你在代碼中不會重載++運(yùn)算符，但是你敢說你沒有使用過類的++運(yùn)算符重載嗎？迭代器類你總使用過吧！可能到現(xiàn)在你還不是很懂我在說什么，那么就先看看下面的例子吧，是本人為鏈表寫的一個內(nèi)部迭代器。

_SingleList::Iterator& _SingleList::Iterator::operator++()//前加
{
  pNote = pNote->pNext;
  return *this;
}
_SingleList::Iterator _SingleList::Iterator::operator++(int)//后加
{
  Iterator tmp(*this);
  pNote = pNote->pNext;
  return tmp;
}

從后加的實(shí)現(xiàn)方式可以知道，對象利用自己創(chuàng)建一個臨時對象（自己在函數(shù)調(diào)用的一個復(fù)制），然后改變自己的狀態(tài)，并返回這個臨時對象，而前加的實(shí)現(xiàn)方式時，直接改變自己的內(nèi)部狀態(tài)，并返回自己的引用。

從第一點(diǎn)的論述可以知道后加實(shí)現(xiàn)時會調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，在函數(shù)返回時還要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，而由于前加實(shí)現(xiàn)方式直接改變對象的內(nèi)部狀態(tài)，并返回自己的引用，至始至終也沒有創(chuàng)建新的對象，所以也就不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

然而更加糟糕的是，迭代器通常是用來遍歷容器的，它大多應(yīng)用在循環(huán)中，試想你的鏈表有100個元素，用下面的兩種方式遍歷：

for(_SingleList::Iterator it = list.begin(); it != list.end(); ++it)
{
  //do something
} 

for(_SingleList::Iterator it = list.begin(); it != list.end(); it++)
{
  //do something
} 

如果你的習(xí)慣不好，寫了第二種形式，那么很不幸，做同樣的事情，就是因?yàn)橐粋€前加和一個后加的區(qū)別，你就要調(diào)用多200個函數(shù)，其對效率的影響可就不可忽視了。

三、循環(huán)引發(fā)的討論1（循環(huán)內(nèi)定義，還是循環(huán)外定義對象）

請看下面的兩段代碼：

代碼1：

ClassTest CT；
for(int i = 0; i < 100; ++i)
{
  CT = a;
  //do something
}

代碼2：

for(int i = 0; i < 100; ++i)
{
  ClassTest CT = a;
  //do something
}

你會覺得哪段代碼的運(yùn)行效率較高呢？代碼1科學(xué)家是代碼2？其實(shí)這種情況下，哪段代碼的效率更高是不確定的，或者說是由這個類ClassTest本向決定的，分析如下：

對于代碼1：需要調(diào)用ClassTest的構(gòu)造函數(shù)1次，賦值操作函數(shù)（operator=）100次；對于代碼2：需要高用（復(fù)制）構(gòu)造函數(shù)100次，析構(gòu)函數(shù)100次。

如果調(diào)用賦值操作函數(shù)的開銷比調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的總開銷小，則第一種效率高，否則第二種的效率高。

四、循環(huán)引發(fā)的討論2（避免過大的循環(huán)）

現(xiàn)在請看下面的兩段代碼，
代碼1：

for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun1();
  fun2();
}

代碼2：

for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun1();
}
for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun2();
}

注：這里的fun1()和fun2()是沒有關(guān)聯(lián)的，即兩段代碼所產(chǎn)生的結(jié)果是一樣的。

以代碼的層面上來看，似乎是代碼1的效率更高，因?yàn)楫吘勾a1少了n次的自加運(yùn)算和判斷，畢竟自加運(yùn)算和判斷也是需要時間的。但是現(xiàn)實(shí)真的是這樣嗎？

這就要看fun1和fun2這兩個函數(shù)的規(guī)模（或復(fù)雜性）了，如果這多個函數(shù)的代碼語句很少，則代碼1的運(yùn)行效率高一些，但是若fun1和fun2的語句有很多，規(guī)模較大，則代碼2的運(yùn)行效率會比代碼1顯著高得多?？赡苣悴幻靼走@是為什么，要說是為什么這要由計(jì)算機(jī)的硬件說起。

由于CPU只能從內(nèi)存在讀取數(shù)據(jù)，而CPU的運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)存，所以為了提高程序的運(yùn)行速度有效地利用CPU的能力，在內(nèi)存與CPU之間有一個叫Cache的存儲器，它的速度接近CPU。而Cache中的數(shù)據(jù)是從內(nèi)存中加載而來的，這個過程需要訪問內(nèi)存，速度較慢。

這里先說說Cache的設(shè)計(jì)原理，就是時間局部性和空間局部性。時間局部性是指如果一個存儲單元被訪問，則可能該單元會很快被再次訪問，這是因?yàn)槌绦虼嬖谥h(huán)?？臻g局部性是指如果一個儲存單元被訪問，則該單元鄰近的單元也可能很快被訪問，這是因?yàn)槌绦蛑写蟛糠种噶钍琼樞虼鎯?、順序?zhí)行的，數(shù)據(jù)也一般也是以向量、數(shù)組、樹、表等形式簇聚在一起的。

看到這里你可能已經(jīng)明白其中的原因了。沒錯，就是這樣！如果fun1和fun2的代碼量很大，例如都大于Cache的容量，則在代碼1中，就不能充分利用Cache了（由時間局部性和空間局部性可知），因?yàn)槊垦h(huán)一次，都要把Cache中的內(nèi)容踢出，重新從內(nèi)存中加載另一個函數(shù)的代碼指令和數(shù)據(jù)，而代碼2則更很好地利用了Cache，利用兩個循環(huán)語句，每個循環(huán)所用到的數(shù)據(jù)幾乎都已加載到Cache中，每次循環(huán)都可從Cache中讀寫數(shù)據(jù)，訪問內(nèi)存較少，速度較快，理論上來說只需要完全踢出fun1的數(shù)據(jù)1次即可。

五、局部變量VS靜態(tài)變量

很多人認(rèn)為局部變量在使用到時才會在內(nèi)存中分配儲存單元，而靜態(tài)變量在程序的一開始便存在于內(nèi)存中，所以使用靜態(tài)變量的效率應(yīng)該比局部變量高，其實(shí)這是一個誤區(qū)，使用局部變量的效率比使用靜態(tài)變量要高。

這是因?yàn)榫植孔兞渴谴嬖谟诙褩Ｖ械?，對其空間的分配僅僅是修改一次esp寄存器的內(nèi)容即可（即使定義一組局部變量也是修改一次）。而局部變量存在于堆棧中最大的好處是，函數(shù)能重復(fù)使用內(nèi)存，當(dāng)一個函數(shù)調(diào)用完畢時，退出程序堆棧，內(nèi)存空間被回收，當(dāng)新的函數(shù)被調(diào)用時，局部變量又可以重新使用相同的地址。當(dāng)一塊數(shù)據(jù)被反復(fù)讀寫，其數(shù)據(jù)會留在CPU的一級緩存（Cache）中，訪問速度非?？臁６o態(tài)變量卻不存在于堆棧中。

可以說靜態(tài)變量是低效的。

六、避免使用多重繼承

在C++中，支持多繼承，即一個子類可以有多個父類。書上都會跟我們說，多重繼承的復(fù)雜性和使用的困難，并告誡我們不要輕易使用多重繼承。其實(shí)多重繼承并不僅僅使程序和代碼變得更加復(fù)雜，還會影響程序的運(yùn)行效率。

這是因?yàn)樵贑++中每個對象都有一個this指針指向?qū)ο蟊旧?，而C++中類對成員變量的使用是通過this的地址加偏移量來計(jì)算的，而在多重繼承的情況下，這個計(jì)算會變量更加復(fù)雜，從而降低程序的運(yùn)行效率。而為了解決二義性，而使用虛基類的多重繼承對效率的影響更為嚴(yán)重，因?yàn)槠淅^承關(guān)系更加復(fù)雜和成員變量所屬的父類關(guān)系更加復(fù)雜。

七、盡量少使用dynamic_cast

dynamic_cast的作用是進(jìn)行指針或引用的類型轉(zhuǎn)換，dynamic_cast的轉(zhuǎn)換需要目標(biāo)類型和源對象有一定的關(guān)系：繼承關(guān)系。 實(shí)現(xiàn)從子類到基類的指針轉(zhuǎn)換，實(shí)際上這種轉(zhuǎn)換是非常低效的，對程序的性能影響也比較大，不可大量使用，而且繼承關(guān)系越復(fù)雜，層次越深，其轉(zhuǎn)換時間開銷越大。在程序中應(yīng)該盡量減少使用。

八、減少除法運(yùn)算的使用

無論是整數(shù)還是浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，除法都是一件運(yùn)算速度很慢的指令，在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)除法是比較復(fù)雜的。所以要減少除法運(yùn)算的次數(shù)，下面介紹一些簡單方法來提高效率：
1、通過數(shù)學(xué)的方法，把除法變?yōu)槌朔ㄟ\(yùn)算，如if(a > b/c),如果a、b、c都是正數(shù)，則可寫成if(a*c > b)
2、讓編譯器有優(yōu)化的余地，如里你要做的運(yùn)算是int型的n/8的話，寫成（unsigned)n/8有利于編譯器的優(yōu)化。而要讓編譯器有優(yōu)化的余地，則除數(shù)必須為常數(shù)，而這也可以用const修飾一個變量來達(dá)到目的。

九、將小粒度函數(shù)聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline）

正如我們所知，調(diào)用函數(shù)是需要保護(hù)現(xiàn)場，為局部變量分配內(nèi)存，函數(shù)結(jié)束后還要恢復(fù)現(xiàn)場等開銷，而內(nèi)聯(lián)函數(shù)則是把它的代碼直接寫到調(diào)用函數(shù)處，所以不需要這些開銷，但會使程序的源代碼長度變大。

所以若是小粒度的函數(shù)，如下面的Max函數(shù)，由于不需要調(diào)用普通函數(shù)的開銷，所以可以提高程序的效率。

int Max(int a, int b)
{
  return a>b?a:b;
}

十、多用直接初始化

與直接初始化對應(yīng)的是復(fù)制初始化，什么是直接初始化？什么又是復(fù)制初始化？舉個簡單的例子，

ClassTest ct1;
ClassTest ct2(ct1);  //直接初始化
ClassTest ct3 = ct1;  //復(fù)制初始化

那么直接初始化與復(fù)制初始化又有什么不同呢？直接初始化是直接以一個對象來構(gòu)造另一個對象，如用ct1來構(gòu)造ct2，復(fù)制初始化是先構(gòu)造一個對象，再把另一個對象值復(fù)制給這個對象，如先構(gòu)造一個對象ct3，再把ct1中的成員變量的值復(fù)制給ct3，從這里，可以看出直接初始化的效率更高一點(diǎn)，而且使用直接初始化還是一個好處，就是對于不能進(jìn)行復(fù)制操作的對象，如流對象，是不能使用賦值初始化的，只能進(jìn)行直接初始化。可能我說得不太清楚，那么下面就引用一下經(jīng)典吧！

以下是Primer是的原話：

“當(dāng)用于類類型對象時，初始化的復(fù)制形式和直接形式有所不同：直接初始化直接調(diào)用與實(shí)參匹配的構(gòu)造函數(shù)，復(fù)制初始化總是調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。復(fù)制初始化首先使用指定構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個臨時對象，然后用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將那個臨時對象復(fù)制到正在創(chuàng)建的對象”，還有一段這樣說，“通常直接初始化和復(fù)制初始化僅在低級別優(yōu)化上存在差異，然而，對于不支持復(fù)制的類型，或者使用非explicit構(gòu)造函數(shù)的時候，它們有本質(zhì)區(qū)別：
ifstream file1("filename")://ok:direct initialization
ifstream file2 = "filename";//error:copy constructor is private
”
注：如還對直接初始化和復(fù)制初始化有疑問，可以參考一下前面的一篇文章：
C++直接初始化與復(fù)制初始化的區(qū)別深入解析，里面有有關(guān)直接初始化和復(fù)制初始化的詳細(xì)解釋。

補(bǔ)充：

這里只是一點(diǎn)點(diǎn)的建議，雖然說了這么多，但是還是要說一下的就是：要避免不必要的優(yōu)化，避免不成熟的優(yōu)化，不成熟的優(yōu)化的是錯誤的來源，因?yàn)榫幾g器會為你做很多你所不知道的優(yōu)化。

希望本文所述對提高大家C++程序設(shè)計(jì)效率能有所幫助。

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