分类： C/C++
2010-01-07 19:00:05
很多编译器有“使结构体字，双字或四字对齐”的选项。但是，还是需要改善结构体成员的对齐，有些编译器可能分配给结构体成员空间的顺序与他们声明的不同。但是，有些编译器并不提供这些功能，或者效果不好。所以，要在付出最少代价的情况下实现最好的结构体和结构体成员对齐，建议采取下列方法：
把结构体的成员按照它们的类型长度排序，声明成员时把长的类型放在短的前面。编译器要求把长型数据类型存放在偶数地址边界。在申明一个复杂的数据类型 (既有多字节数据又有单字节数据) 时，应该首先存放多字节数据，然后再存放单字节数据，这样可以避免内存的空洞。编译器自动地把结构的实例对齐在内存的偶数边界。
把结构体填充成最长类型长度的整倍数。照这样，如果结构体的第一个成员对齐了，所有整个结构体自然也就对齐了。下面的例子演示了如何对结构体成员进行重新排序：
不好的代码，普通顺序：
struct
{
char a[5]；
long k；
double x；
} baz；
推荐的代码，新的顺序并手动填充了几个字节：
struct
{
double x；
long k；
char a[5]；
char pad[7]；
} baz；
这个规则同样适用于类的成员的布局。
当编译器分配给本地变量空间时，它们的顺序和它们在源代码中声明的顺序一样，和上一条规则一样，应该把长的变量放在短的变量前面。如果第一个变量对齐了，其它变量就会连续的存放，而且不用填充字节自然就会对齐。有些编译器在分配变量时不会自动改变变量顺序，有些编译器不能产生4字节对齐的栈，所以4字节可能不对齐。下面这个例子演示了本地变量声明的重新排序：
不好的代码，普通顺序
short ga， gu， gi；
long foo， bar；
double x， y， z[3]；
char a， b；
float baz；
推荐的代码，改进的顺序
double z[3]；
double x， y；
long foo， bar；
float baz；
short ga， gu， gi；
避免在函数中频繁使用指针型参数指向的值。因为编译器不知道指针之间是否存在冲突，所以指针型参数往往不能被编译器优化。这样数据不能被存放在寄存器中，而且明显地占用了内存带宽。注意，很多编译器有“假设不冲突”优化开关（在VC里必须手动添加编译器命令行/Oa或/Ow），这允许编译器假设两个不同的指针总是有不同的内容，这样就不用把指针型参数保存到本地变量。否则，请在函数一开始把指针指向的数据保存到本地变量。如果需要的话，在函数结束前拷贝回去。
不好的代码：
// 假设 q != r
void isqrt(unsigned long a， unsigned long* q， unsigned long* r)
{
*q = a；
if (a > 0)
{
while (*q > (*r = a / *q))
{
*q = (*q + *r) >> 1；
}
}
*r = a - *q * *q；
}
推荐的代码：
// 假设 q != r
void isqrt(unsigned long a， unsigned long* q， unsigned long* r)
{
unsigned long qq， rr；
qq = a；
if (a > 0)
{
while (qq > (rr = a / qq))
{
qq = (qq + rr) >> 1；
}
}
rr = a - qq * qq；
*q = qq；
*r = rr；
}
要充分利用CPU的指令缓存，就要充分分解小的循环。特别是当循环体本身很小的时候，分解循环可以提高性能。注意:很多编译器并不能自动分解循环。 不好的代码：
// 3D转化：把矢量 V 和 4x4 矩阵 M 相乘
for (i = 0； i < 4； i ++)
{
r[i] = 0；
for (j = 0； j < 4； j ++)
{
r[i] += M[j][i]*V[j]；
}
}
推荐的代码：
r[0] = M[0][0]*V[0] + M[1][0]*V[1] + M[2][0]*V[2] + M[3][0]*V[3]；
r[1] = M[0][1]*V[0] + M[1][1]*V[1] + M[2][1]*V[2] + M[3][1]*V[3]；
r[2] = M[0][2]*V[0] + M[1][2]*V[1] + M[2][2]*V[2] + M[3][2]*V[3]；
r[3] = M[0][3]*V[0] + M[1][3]*V[1] + M[2][3]*V[2] + M[3][3]*v[3]；
对于一些不需要循环变量参加运算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init的初始化程序中进行。
通常使用的延时函数均采用自加的形式：
void delay (void)
{
unsigned int i;
for (i=0;i<1000;i++) ;
}
将其改为自减延时函数：
void delay (void)
{
unsigned int i;
for (i=1000;i>0;i--) ;
}
两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3个字节，因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。在使用while循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生成的代码更少1~3个字母。但是在循环中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环有可能使数组超界，要引起注意。
用while循环时有以下两种循环形式：
unsigned int i;
i=0;
while (i<1000)
{
i++;
//用户程序
}
或：
unsigned int i;
i=1000;
do
{
i--;
//用户程序
}
while (i>0);
在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。
这是经典的速度优化，但许多编译程序(如gcc -funroll-loops)能自动完成这个事，所以现在你自己来优化这个显得效果不明显。
旧代码:
for (i = 0; i < 100; i++)
{
do_stuff(i);
}
新代码:
for (i = 0; i < 100; )
{
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
}
可以看出，新代码里比较指令由100次降低为10次，循环时间节约了90%。不过注意:对于中间变量或结果被更改的循环，编译程序往往拒绝展开，(怕担责任呗)，这时候就需要你自己来做展开工作了。
还有一点请注意，在有内部指令cache的CPU上(如MMX芯片)，因为循环展开的代码很大，往往cache溢出，这时展开的代码会频繁地在CPU 的cache和内存之间调来调去，又因为cache速度很高，所以此时循环展开反而会变慢。还有就是循环展开会影响矢量运算优化。
把相关循环放到一个循环里，也会加快速度。
旧代码:
for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0's */
for (j = 0; j < MAX; j++)
a[i][j] = 0.0;
for (i = 0; i < MAX; i++) /* put 1's along the diagonal */
a[i][i] = 1.0;
新代码:
for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0's */
{
for (j = 0; j < MAX; j++)
a[i][j] = 0.0;
a[i][i] = 1.0; /* put 1's along the diagonal */
}
Switch 可能转化成多种不同算法的代码。其中最常见的是跳转表和比较链/树。当switch用比较链的方式转化时，编译器会产生if-else-if的嵌套代码，并按照顺序进行比较，匹配时就跳转到满足条件的语句执行。所以可以对case的值依照发生的可能性进行排序，把最有可能的放在第一位，这样可以提高性能。此外，在case中推荐使用小的连续的整数，因为在这种情况下，所有的编译器都可以把switch 转化成跳转表。
不好的代码：
int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；
。。。。。。
switch (days_in_month)
{
case 28:
case 29:
short_months ++；
break；
case 30:
normal_months ++；
break；
case 31:
long_months ++；
break；
default:
cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；
break；
}
推荐的代码：
int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；
。。。。。。
switch (days_in_month)
{
case 31:
long_months ++；
break；
case 30:
normal_months ++；
break；
case 28:
case 29:
short_months ++；
break；
default:
cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；
break；
}
