C++ 函数优化详解:优化原则和常见优化手法

优化 c++++ 函数遵循原则:优化关键路径代码、关注热点函数、平衡性能与可读性。常见优化手法包括:内联函数消除函数调用开销;减少间接调用提高直接访问速度;优化循环提高效率;虚拟函数重写防止间接调用;使用对象池避免频繁内存分配。C++ 函数

优化 c++++ 函数遵循原则:优化关键路径代码、关注热点函数、平衡性能与可读性。常见优化手法包括:内联函数消除函数调用开销;减少间接调用提高直接访问速度;优化循环提高效率;虚拟函数重写防止间接调用;使用对象池避免频繁内存分配。

C++ 函数优化详解:优化原则和常见优化手法

C++ 函数优化详解:优化原则和常见优化手法

优化原则

在优化 C++ 函数时,遵循以下原则:

  • 及时对关键路径代码进行优化:专注于优化执行时间最长的代码路径。
  • 关注热点函数:优化被频繁调用的函数。
  • 平衡性能和代码可读性优化代码时要保持其可读性,避免过度的复杂性。
  • 使用性能分析工具:使用性能分析器(如 gprof、Valgrind)来识别性能瓶颈。

常见优化手法

1. 内联函数

将小型函数的代码直接插入调用点,消除函数调用的开销。

inline void Swap(int& a, int& b) {
  int temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}

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2. 减少间接调用

通过指针或引用直接访问对象,避免通过指针的间接调用。

struct Point {
  int x, y;
};

void MovePoint(const Point& point) {
  // 间接调用:
  point->x++;

  // 直接调用:
  // point.x++;  // 只在 C++11 以上的版本中可用
  (*point).x++;
}

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3. 优化循环

使用范围 for 循环和手动循环展开来提高循环效率。

// 手动循环展开:
for (int i = 0; i < n; i++) {
  Array1[i] *= Factor;
  Array2[i] /= Factor;
}

// 范围 for 循环:
for (auto& e : Array1) {
  e *= Factor;
}
for (auto& e : Array2) {
  e /= Factor;
}

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4. 虚拟函数重写

如果派生类重写了虚函数,则基类的虚函数指针不再指向派生类的实现,从而导致间接调用。使用 final 关键字指定虚函数不能被重写,可以消除这种间接性。

class Base {
 public:
  virtual void Display() final;  // 不能被派生类重写
};

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5. 对象池

对于频繁创建和销毁的对象,使用对象池可以避免频繁的内存分配和释放操作。

class ObjectPool {
 public:
  std::vector<std::shared_ptr<Object>> objects;

  std::shared_ptr<Object> Acquire() {
    if (objects.empty()) {
      objects.push_back(std::make_shared<Object>());
    }
    auto object = objects.back();
    objects.pop_back();
    return object;
  }

  void Release(std::shared_ptr<Object>& object) {
    objects.push_back(object);
  }
};

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实战案例

考虑以下示例函数:

int SumArray(const int* array, int size) {
  int sum = 0;
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    sum += array[i];
  }
  return sum;
}

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优化后:

  • 内联函数:由于函数体较小,可以内联来消除函数调用开销。
  • 范围 for 循环:使用范围 for 循环可以提高循环效率。
  • 虚拟函数消除:如果没有派生类重写 SumArray 函数,可以使用 final 关键字来消除虚函数间接调用。
inline int SumArray(const int* array, int size) {
    int sum = 0;
    for (auto e : array) {
        sum += e;
    }
    return sum;
}

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