原文鏈接: https://blog.csdn.net/xz1308579340/article/details/84330166
C++程序加速的12個方法
文章目錄
C++程序加速的12個方法
1.將反復使用的數據存放在全局變量里面。
2.使用多線程
3.用a++和++a，a--,--a
4.減少除法運算
5.盡量減少值傳遞，多用引用來傳遞參數。
6.循環引發的討論1（循環內定義，還是循環外定義對象）
7.循環引發的討論2（避免過大的循環）
8.局部變量VS靜態變量
9.避免使用多重繼承
10.將小粒度函數聲明為內聯函數（inline）
11.多用直接初始化
12.盡量少使用dynamic_cast
1.將反復使用的數據存放在全局變量里面。
需要重復使用的數據，比如加載的圖片，CSV文件等數據，存放在全局變量里面，每次加載DLL時，只加載一次，直到卸載DLL，這些數據一直保持在內存中，避免重復加載，經過測試，這樣處理之后，漏裝檢測的時間由2.5S降低到了1.5S，因為反復讀取文件，圖片是一個很消耗時間的操作，要盡量避免。
全局變量的使用參考文獻：
https://blog.csdn.net/guoqianqian5812/article/details/52397930
2.使用多線程
如果程序中有可以同時進行的代碼，譬如五道算術題，大家每人算一道，最后只花費1/5的時間就解決了5道題，多線程就是這個思路，現代的CPU都是多核的，就相當於可以同時算五道題目，一旦你的代碼使用了多線程，恐怕你再也回不到單線程的時代了。
有一段程序花費300ms，我們開了32個多線程之后花費16ms，加速了20倍，更別提GPU動輒百倍的加速效果。
多線程參考文獻：
https://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/6134635.html
3.用a++和++a，a–,--a
通常使用自加、自減指令和復合賦值表達式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質量的程序代碼，編譯器通常都能夠生成inc和dec之類的指令，而使用a=a+1或a=a-1之類的指令，有很多C編譯器都會生成二到三個字節的指令。
4.減少除法運算
無論是整數還是浮點數的運算，除法都會比較耗時，所以最后將除法運算等效成乘法運算。例如：a/b>20可改為a>b*20，可以簡化程序的運行時間。
5.盡量減少值傳遞，多用引用來傳遞參數。
至於其中的原因，相信大家也很清楚，如果參數是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，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（值傳遞），則在參數傳遞和函數返回時，需要調用string的構造函數和析構函數兩次（即共多調用了四個函數），而其他的三個函數（指針傳遞和引用傳遞）則不需要調用這四個函數。因為指針和引用都不會創建新的對象。如果一個構造一個對象和析構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，使用指針就意味着錯誤，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。因為引用是一個變量的別名，對其操作等同於對實際對象操作，所以當你確定在你的函數是不會或不需要變量參數的值時，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，就是可以對常量進行引用，若不加上const修飾符，引用是不能引用常量的。
舉個例子，我們使用值傳遞和指針傳遞的方式傳遞一張10M的圖片，使用值傳遞會多花費0.1S的時間。假如我們使用了10次值傳遞，將會增加1S的運行時間。
6.循環引發的討論1（循環內定義，還是循環外定義對象）
請看下面的兩段代碼：
代碼1：
ClassTest CT；
for(inti = 0; i < 100; ++i)
{
CT = a;
//do something
}
代碼2：
for(inti = 0; i < 100; ++i)
{
ClassTest CT = a;
//do something
}
你會覺得哪段代碼的運行效率較高呢？代碼1科學家是代碼2？其實這種情況下，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：
對於代碼1：需要調用ClassTest的構造函數1次，賦值操作函數（operator=）100次；對於代碼2：需要高用（復制）構造函數100次，析構函數100次。
如果調用賦值操作函數的開銷比調用構造函數和析構函數的總開銷小，則第一種效率高，否則第二種的效率高。
大部分情況下我們建議循環外定義，也就是方法一
7.循環引發的討論2（避免過大的循環）
現在請看下面的兩段代碼，
代碼1：
for(inti = 0; i < n; ++i)
{
fun1();
fun2();
}
代碼2：
for(inti = 0; i < n; ++i)
{
fun1();
}
for(inti = 0; i < n; ++i)
{
fun2();
}
注：這里的fun1()和fun2()是沒有關聯的，即兩段代碼所產生的結果是一樣的。
以代碼的層面上來看，似乎是代碼1的效率更高，因為畢竟代碼1少了n次的自加運算和判斷，畢竟自加運算和判斷也是需要時間的。但是現實真的是這樣嗎？
這就要看fun1和fun2這兩個函數的規模（或復雜性）了，如果這多個函數的代碼語句很少，則代碼1的運行效率高一些，但是若fun1和fun2的語句有很多，規模較大，則代碼2的運行效率會比代碼1顯著高得多。可能你不明白這是為什么，要說是為什么這要由計算機的硬件說起。
由於CPU只能從內存在讀取數據，而CPU的運算速度遠遠大於內存，所以為了提高程序的運行速度有效地利用CPU的能力，在內存與CPU之間有一個叫Cache的存儲器，它的速度接近CPU。而Cache中的數據是從內存中加載而來的，這個過程需要訪問內存，速度較慢。
這里先說說Cache的設計原理，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，這是因為程序存在着循環。空間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，這是因為程序中大部分指令是順序存儲、順序執行的，數據也一般也是以向量、數組、樹、表等形式簇聚在一起的。
看到這里你可能已經明白其中的原因了。沒錯，就是這樣！如果fun1和fun2的代碼量很大，例如都大於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），因為每循環一次，都要把Cache中的內容踢出，重新從內存中加載另一個函數的代碼指令和數據，而代碼2則更很好地利用了Cache，利用兩個循環語句，每個循環所用到的數據幾乎都已加載到Cache中，每次循環都可從Cache中讀寫數據，訪問內存較少，速度較快，理論上來說只需要完全踢出fun1的數據1次即可。
8.局部變量VS靜態變量
很多人認為局部變量在使用到時才會在內存中分配，也就是儲存單元，而靜態變量在程序的一開始便存在於內存中，所以使用靜態變量的效率應該比局部變量高，其實這是一個誤區，使用局部變量的效率比使用靜態變量要高。
這是因為局部變量是存在於堆棧中的，對其空間的分配僅僅是修改一次esp寄存器的內容即可（即使定義一組局部變量也是修改一次）。而局部變量存在於堆棧中最大的好處是，函數能重復使用內存，當一個函數調用完畢時，退出程序堆棧，內存空間被回收，當新的函數被調用時，局部變量又可以重新使用相同的地址。當一塊數據被反復讀寫，其數據會留在CPU的一級緩存（Cache）中，訪問速度非常快。而靜態變量卻不存在於堆棧中。
可以說靜態變量是低效的
9.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，多重繼承的復雜性和使用的困難，並告誡我們不要輕易使用多重繼承。其實多重繼承並不僅僅使程序和代碼變得更加復雜，還會影響程序的運行效率。
這是因為在C++中每個對象都有一個this指針指向對象本身，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算的，而在多重繼承的情況下，這個計算會變量更加復雜，從而降低程序的運行效率。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重，因為其繼承關系更加復雜和成員變量所屬的父類關系更加復雜。
10.將小粒度函數聲明為內聯函數（inline）
正如我們所知，調用函數是需要保護現場，為局部變量分配內存，函數結束后還要恢復現場等開銷，而內聯函數則是把它的代碼直接寫到調用函數處，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，如下面的Max函數，由於不需要調用普通函數的開銷，所以可以提高程序的效率。
inline Max(inta, intb)
{
returna>b?a:b;
}
什么是內聯函數
https://blog.csdn.net/zengxiaosen/article/details/73784922
11.多用直接初始化
與直接初始化對應的是復制初始化，什么是直接初始化？什么又是復制初始化？舉個簡單的例子，
ClassTest ct1;
ClassTest ct2(ct1); //直接初始化
ClassTest ct3 = ct1; //復制初始化
那么直接初始化與復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造另一個對象，如用ct1來構造ct2，復制初始化是先構造一個對象，再把另一個對象值復制給這個對象，如先構造一個對象ct3，再把ct1中的成員變量的值復制給ct3，從這里，可以看出直接初始化的效率更高一點，而且使用直接初始化還是一個好處，就是對於不能進行復制操作的對象，如流對象，是不能使用賦值初始化的，只能進行直接初始化。可能我說得不太清楚，那么下面就引用一下經典吧！
以下是Primer是的原話：
“當用於類類型對象時，初始化的復制形式和直接形式有所不同：直接初始化直接調用與實參匹配的構造函數，復制初始化總是調用復制構造函數。復制初始化首先使用指定構造函數創建一個臨時對象，然后用復制構造函數將那個臨時對象復制到正在創建的對象”，還有一段這樣說，“通常直接初始化和復制初始化僅在低級別優化上存在差異，然而，對於不支持復制的類型，或者使用非explicit構造函數的時候，它們有本質區別：
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++直接初始化與復制初始化的區別深入解析，里面有有關直接初始化和復制初始化的詳細解釋。
12.盡量少使用dynamic_cast
dynamic_cast的作用是進行指針或引用的類型轉換，dynamic_cast的轉換需要目標類型和源對象有一定的關系：繼承關系。 實現從子類到基類的指針轉換，實際上這種轉換是非常低效的，對程序的性能影響也比較大，不可大量使用，而且繼承關系越復雜，層次越深，其轉換時間開銷越大。在程序中應該盡量減少使用。