怎么优化void程序的性能

我们的编译器已经提供了很好的优化机制，但是还有很多细节编译器优化不到，或者说没胆量去优化，因为有一些激进的优化很有可能会违背程序员的初心。

// 第一种
void twiddle1(long *xp, long *yp){
    *xp += *yp;
    *xp += *yp;
}

// 第二种
void twiddle2(long *xp, long *yp){
    *xp += 2* *yp;
}

例如上面的程序，看到第一种写法，我们可能很容易的就想到第二种写法，但是编译器却不会把它变成这种写法。乍看它们没什么区别，我们来分析一下内存引用。第一种需要 3 次内存引用，即读\*xp、读\*yp、写\*xp；而第二种却需要 6 次内存引用，即2 次读\*xp、2 次读\*yp、2 次写\*xp。所以第一种的性能要比第二种好。

那编译器看到第一种为什么就想不到第二种写法呢？这不是很简单的规则吗？实际上上面的程序存在xp = yp的情况，即两个指针指向同一个内存位置。

// 第一种
*xp += *yp; // xp 处存放的值乘以 2
*xp += *yp; // xp 处存放的值乘以 2

// 第二种
*xp += 2* *yp; // xp 处存放的值乘以 3

可以看到，当它们都指向同一块内存时，第一种写法会让原来的值增加 4 倍，而第二种写法会让原来的值增加 3 倍，产生了不同的效果，而编译器会当这种情况可能出现，所以编译器并不会帮我们优化第一种代码，这需要程序员自己去维护。

消除循环的低效率

相信很多人都写过下面类似的代码，貌似没有什么可以优化的，写的挺好。

void lower1(char *s){
    long i;
    for(i = 0; i < strlen(s); i++){
        if(s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z'){
            s[i] -= ('A' - 'a');
        }
    }
}

仔细看，会发现每次循环都会去调用strlen()函数，而这个函数明显是要拖累性能的，实际上我们只需要计算一次长度就可以了，现在却每次循环都需要去计算一次长度，所以可以将计算移到前面只计算一次的地方。

void lower2(char *s){
    long i;
    long len = strlen(s);
    for(i = 0; i < len; i++){
        if(s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z'){
            s[i] -= ('A' - 'a');
        }
    }
}

编译器虽然会试着去进行代码的移动，但是最终还是没有优化，是因为改变在哪里调用函数或者调用多少次函数的变换，编译器并不能比较可靠的发现一个函数是否有副作用，比如下面的情况。

long f();

long func1(){
    return f() + f() + f() + f();
}

long func2(){
    return 4*f();
}

这段代码和开篇提到的代码在形式上很像，可能你会说：它们不会指到同一块内存了呀，编译器这也不去优化吗？考虑一下f()是下面的形式。

long count = 0;

long f(){
    return count++;
}

是不是一下就发现问题了，func1()调用 4 次f()，而func2()只调用 1 次f()，它们最终的结果绝不是简单的 4 倍关系。

编写适合条件传送实现的代码

如果编译器能够产生使用条件数据传送而不是条件控制转移的代码，那么就可以大大的提高程序的性能，关于条件数据传送和条件控制转移在旧文顺序、条件、循环语句的底层解释中描述的已经很明确了。比如下面的第一种写法就比第二种要好。

// 第一种
void minmax1(long a[], long b[], long n){
    long i;
    for(i = 0; i < n; i++){
        if(a[i] > b[i]){
            long t = a[i];
            a[i] = b[i];
            b[i] = t;
        }
    }
}

// 第二种
void minmax2(long a[], long b[], long n){
    long i;
    for(i = 0; i < n; i++){
        long min = a[i] < b[i] ? a[i] : b[i];
        long max = a[i] < b[i] ? b[i] : a[i];
        a[i] = min;
        b[i] = max;
    }
}