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大家好，我是程序喵。

不知不覺又到周一了，你是不是還在床上?看到這條推送的時(shí)候，如果你已起床，請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)扣1，讓程序喵看看有多少人和我一樣勤奮!最近C++技術(shù)交流群發(fā)現(xiàn)了很多水平很高的朋友，歡迎大家來加喵哥微信，進(jìn)群一起討論計(jì)算機(jī)知識(shí)!

近期我會(huì)推出一系列C++優(yōu)化文章，可能因?yàn)橐^年的原因，發(fā)現(xiàn)最近閱讀量明顯下降，所以硬核系列文章會(huì)在年后更新，這篇文章先吊一吊大家胃口，作為引言吧。

我們平時(shí)編寫工程程序時(shí)，除了功能可用性外，性能也是最主要的考慮因素。編寫功能可用的代碼很容易，往往難到我們的不是實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能，困難的永遠(yuǎn)是保證功能可用的同時(shí)又能滿足對(duì)性能的要求。

一般公司對(duì)程序的體積以及運(yùn)行速度都有嚴(yán)格的要求，有時(shí)候因?yàn)閹鬃止?jié)的代碼段體積或者多了幾十毫秒的運(yùn)行時(shí)間，整個(gè)項(xiàng)目就達(dá)不到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不能成功上線。說了這么多只是為了突出性能優(yōu)化的重要性。如何做好優(yōu)化才能體現(xiàn)一個(gè)C++程序員的真正水平。

關(guān)于性能優(yōu)化，有三個(gè)概念我們需要了解：

1. 性能指標(biāo)要靠測(cè)量，不能靠猜：

我做過一段時(shí)間的SDK開發(fā)工作，每當(dāng)我們發(fā)版SDK時(shí)候，都要附帶著SDK使用文檔以及性能測(cè)試報(bào)告，性能測(cè)試報(bào)告里面有很詳細(xì)的指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)當(dāng)然不能是自己猜測(cè)出來的，一定要進(jìn)行測(cè)試。

2. 帕累托法則

帕累托法則，也稱二八原則，80%的執(zhí)行時(shí)間花在大約20%代碼身上，80%的內(nèi)存被大約20%的代碼使用，80%的維護(hù)成本花在20%的代碼上面。我們做程序優(yōu)化也是如此，多數(shù)情況下也許我們只需要找到那20%代碼，對(duì)其進(jìn)行深度優(yōu)化，基本上就可以滿足性能要求。

3. 阿姆達(dá)爾定律

SPRING

阿姆達(dá)爾定律：有一個(gè)公式，公式中：St表示優(yōu)化后整體性能提升的比例，P表示被優(yōu)化部分運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的比例，Sp表示被優(yōu)化部分性能提升的比例。

舉個(gè)例子：

1. 程序運(yùn)行時(shí)間100s，其中有90s調(diào)用函數(shù)func，func優(yōu)化后性能提升30%，即P=90/100=0.9，Sp=1+30%=1.3，則程序整體效率為St=1/((1-0.9)+0.9/1.3)=1.26214，程序整體性能提升了26%。

2. 程序運(yùn)行時(shí)間100s，其中有10s調(diào)用函數(shù)func，func優(yōu)化后性能提升80%，即P=10/100=0.1，Sp=1+80%=1.8，則程序整體效率為St=1/((1-0.1)+0.1/1.8)=1.04651，程序整體性能提升了4%。

該定律其實(shí)也間接驗(yàn)證了帕累托法則的正確性，去優(yōu)化那些至關(guān)重要的部分吧。

聊完了性能優(yōu)化的原則，再來說下我的優(yōu)化系列規(guī)劃吧，目前打算優(yōu)化大體分為以下幾個(gè)專題：

1. 測(cè)量分析專題：例如使用什么函數(shù)來測(cè)量函數(shù)耗時(shí)，使用什么代碼分析工具來動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的分析代碼。例如：

2. 編碼規(guī)范專題：分析C++各種操作的效率，包括不同類型變量的存儲(chǔ)效率，使用智能指針、循環(huán)、函數(shù)參數(shù)、虛函數(shù)、數(shù)組等的效率，以及如何更好的利用他們進(jìn)行代碼優(yōu)化。例如各個(gè)操作占用的時(shí)鐘周期：

3. 編譯優(yōu)化專題：各種編譯器性能分析，理解常見的編譯優(yōu)化選項(xiàng)，分析編譯器是如何對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化的，都做了什么優(yōu)化，以及編譯器優(yōu)化的障礙(它不能做什么)，如何充分利用好編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)。例如優(yōu)化編譯器優(yōu)化級(jí)別介紹：

O0(默認(rèn)選項(xiàng))：不開啟優(yōu)化，方便功能調(diào)試

Og：方便調(diào)試的優(yōu)化選項(xiàng)(比O1更保守)

O1：保守的優(yōu)化選項(xiàng)，打開了四十多個(gè)優(yōu)化選項(xiàng)

Os：產(chǎn)生較小代碼體積的優(yōu)化選項(xiàng)(比O2更保守)

O2：常用的發(fā)布優(yōu)化選項(xiàng)，在O1的基礎(chǔ)上額外打開了四十多個(gè)優(yōu)化選項(xiàng)，包括自動(dòng)內(nèi)聯(lián)等規(guī)則

O3：較為激進(jìn)的優(yōu)化選項(xiàng)(對(duì)錯(cuò)誤編碼容忍度最低)，在O2的基礎(chǔ)上額外打開了十多個(gè)優(yōu)化選項(xiàng)

Ofast：打開可導(dǎo)致不符合IEEE浮點(diǎn)數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)的性能優(yōu)化選項(xiàng)。

如圖：

4. 內(nèi)存優(yōu)化專題：內(nèi)存使用情況往往是影響程序性能的關(guān)鍵因素，該專題會(huì)介紹如何有效利用緩存，如何操作緩存，優(yōu)化內(nèi)存訪問速度，如何使用更少的內(nèi)存，如何防止內(nèi)存抖動(dòng)，內(nèi)存對(duì)齊等等。

5. 多線程優(yōu)化專題：如何充分利用CPU，如何做好線程同步，如何使用鎖，使用什么鎖，理解和調(diào)試上下文切換，如何使關(guān)鍵線程運(yùn)行效率更高等等。

6. 亂序執(zhí)行專題：理解CPU的亂序執(zhí)行策略，如何利用此特性寫出高效代碼。

7. 矢量運(yùn)算專題：理解CPU的矢量運(yùn)算以及各種指令集、寄存器以及內(nèi)置函數(shù)，提高數(shù)據(jù)計(jì)算的效率。

8. 特殊的優(yōu)化編碼技巧：這里會(huì)介紹很多高效的編碼技巧，如何降低分支預(yù)測(cè)率，如何優(yōu)化低效的除法操作，如何更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)邊界檢查，介紹一些高效的數(shù)學(xué)函數(shù)庫等等。

9.模板元編程的編碼技巧：如何利用模板編程來優(yōu)化程序運(yùn)行效率。

10.大雜燴：其它一些實(shí)用小技巧。

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