64位程序开发中的性能优化技巧

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　　在64位计算已越来越近的今天，越来越多的程序已开始考虑利用64位所带来的强大优势，其中，64位寻址对那些需要处理大量数据的应用程序来说尤为重要，如：工程与科学计算程序、大型数据库之类，现在已有许多的CPU及操作系统可本地支持64位计算，但它们带来的最大好处也许还是巨大的寻址空间，程序在其中可分配大于4GB的内存，更容易管理大文件等等。如果要充分发挥64位CPU的威力，应用程序还必须要利用64位中更宽的机器字，在本文中，将集中讨论64位上的程序性能优化。 　　64位的差异　　不幸的是，如今的大多数软件都没有充分利用64位微处理器，以至于不能在64位模式下编译和运行，从而，软件被迫运行在32位兼容模式中--真是对硅的浪费。此外，还有很多程序员在用C语言编程时"玩忽职守"，脑袋中想像着64位CPU，却用32位系统的模式来编程，以下是常见的情况：　　·以为指针与int大小一样。在64位系统中，sizeof(void *) == 8，而sizeof(int) == 4。如果忘记了这个，将导致不正确的赋值以致程序崩溃。　　·依赖于某一机器字架构的特定字节序。　　·使用long类型并假定它总是与int有同样大小。由此的直接赋值将导致数值截断，并且问题很难察觉。　　·堆栈变量的对齐方式。在一些情况中，堆栈变量也许不是按8字节边界对齐，如果你把这些变量转换成64位变量，在某些系统上，将会遇到一些麻烦。但是如果你在堆栈上放置一个64位变量（long或double），这保证是对齐的；还有，堆中分配的内存也是对齐的。　　·不同的对齐方式决定了结构与类的对齐。在64位架构上，结构成员通常对齐于64位边界，当在通过IPC、网络、或磁盘共享二进制数据时，就会有些问题；另外在包装数据结构以便存储资源时，没有考虑到对齐方式，同样也会有问题。　　·指针算法。当把一个64位指针像32位指针那样递增时（反之亦然），64位指针每次递增8字节，而32位指针每次递增4字节。　　·在缺少函数原型的情况下，返回值一般为int，这在某些时候也会导致数值截断。　　并行编程：充分利用每次循环　　64位C语言编程的高性能关键所在，是更宽的整数与FPU寄存器。CPU寄存器位于"食物链"的顶层--也是计算机存储器最昂贵部分所在，在64位CPU上，寄存器字宽通常为8字节，而对应的是常见的128位或256位内存总线带宽。　　图1表示了32位系统的典型操作，CPU一次只都处理4字节内存中的数据。图2显示了有着更宽寄存器的64位系统，一次能处理8字节。 图1 图2　　例1在某一内存块上进行XOR操作，其表示了一个基于整数的位集，你能在64位模式中对此进行优化。例2依赖于long long的C语言类型，但不会被某些编译器所支持。正如你所看到的，此处没有改变位集的总体大小，即使只花了较少的两次操作来重组矢量。例2有效地减少了循环的开销，相当于带系数2的循环展开，而只有一小点不利之处，就是它是纯64位的，如果在32位系统上编译，将会因为long大小的不同而给出错误的结果。　　例1： {　int a1[2048];　int a2[2048];　int a3[2048];　for (int i = 0; i < 2048; i)　{　　a3[i] = a1[i] ^ a2[i];　}}　　例2： {　long long a1[1024];　long long a2[1024];　long long a3[1024];　for (int i = 0; i < 1024; i)　{　　a3[i] = a1[i] ^ a2[i];　}}　　你还能作进一步的修改，如例3所示，其利用了更宽的寄存器在32位和64位CPU上做同样的工作，在做如此的类型转换时，请注意指针对齐方式。如果你只是盲目地把int指针转换为64位long指针，指针地址将不会是8字节对齐的，在某些架构的机器上，还可能导致程序崩溃，或者带来性能损失。例3中的代码是不安全的，因为放置在堆栈中的32位int变量有可能4字节对齐，由此导致程序崩溃，如果在堆中分配（malloc），就能防止此类事情的发生。　　例3： {　int a1[2048];　int a2[2048];　int a3[2048];　long long* pa1 = (long long*) a1;　long long* pa2 = (long long*) a2;　long long* pa3 = (long long*) a3;　for (int i = 0; i < sizeof(a1) / sizeof(long long); i)　{　　pa3[i] = pa1[i] ^ pa2[i];　}}共3页。 1 2 3 : 　　在64位计算已越来越近的今天，越来越多的程序已开始考虑利用64位所带来的强大优势，其中，64位寻址对那些需要处理大量数据的应用程序来说尤为重要，如：工程与科学计算程序、大型数据库之类，现在已有许多的CPU及操作系统可本地支持64位计算，但它们带来的最大好处也许还是巨大的寻址空间，程序在其中可分配大于4GB的内存，更容易管理大文件等等。如果要充分发挥64位CPU的威力，应用程序还必须要利用64位中更宽的机器字，在本文中，将集中讨论64位上的程序性能优化。 　　64位的差异　　不幸的是，如今的大多数软件都没有充分利用64位微处理器，以至于不能在64位模式下编译和运行，从而，软件被迫运行在32位兼容模式中--真是对硅的浪费。此外，还有很多程序员在用C语言编程时"玩忽职守"，脑袋中想像着64位CPU，却用32位系统的模式来编程，以下是常见的情况：　　·以为指针与int大小一样。在64位系统中，sizeof(void *) == 8，而sizeof(int) == 4。如果忘记了这个，将导致不正确的赋值以致程序崩溃。　　·依赖于某一机器字架构的特定字节序。　　·使用long类型并假定它总是与int有同样大小。由此的直接赋值将导致数值截断，并且问题很难察觉。　　·堆栈变量的对齐方式。在一些情况中，堆栈变量也许不是按8字节边界对齐，如果你把这些变量转换成64位变量，在某些系统上，将会遇到一些麻烦。但是如果你在堆栈上放置一个64位变量（long或double），这保证是对齐的；还有，堆中分配的内存也是对齐的。　　·不同的对齐方式决定了结构与类的对齐。在64位架构上，结构成员通常对齐于64位边界，当在通过IPC、网络、或磁盘共享二进制数据时，就会有些问题；另外在包装数据结构以便存储资源时，没有考虑到对齐方式，同样也会有问题。　　·指针算法。当把一个64位指针像32位指针那样递增时（反之亦然），64位指针每次递增8字节，而32位指针每次递增4字节。　　·在缺少函数原型的情况下，返回值一般为int，这在某些时候也会导致数值截断。　　并行编程：充分利用每次循环　　64位C语言编程的高性能关键所在，是更宽的整数与FPU寄存器。CPU寄存器位于"食物链"的顶层--也是计算机存储器最昂贵部分所在，在64位CPU上，寄存器字宽通常为8字节，而对应的是常见的128位或256位内存总线带宽。　　图1表示了32位系统的典型操作，CPU一次只都处理4字节内存中的数据。图2显示了有着更宽寄存器的64位系统，一次能处理8字节。 图1 图2　　例1在某一内存块上进行XOR操作，其表示了一个基于整数的位集，你能在64位模式中对此进行优化。例2依赖于long long的C语言类型，但不会被某些编译器所支持。正如你所看到的，此处没有改变位集的总体大小，即使只花了较少的两次操作来重组矢量。例2有效地减少了循环的开销，相当于带系数2的循环展开，而只有一小点不利之处，就是它是纯64位的，如果在32位系统上编译，将会因为long大小的不同而给出错误的结果。　　例1： {　int a1[2048];　int a2[2048];　int a3[2048];　for (int i = 0; i < 2048; i)　{　　a3[i] = a1[i] ^ a2[i];　}}　　例2： {　long long a1[1024];　long long a2[1024];　long long a3[1024];　for (int i = 0; i < 1024; i)　{　　a3[i] = a1[i] ^ a2[i];　}}　　你还能作进一步的修改，如例3所示，其利用了更宽的寄存器在32位和64位CPU上做同样的工作，在做如此的类型转换时，请注意指针对齐方式。如果你只是盲目地把int指针转换为64位long指针，指针地址将不会是8字节对齐的，在某些架构的机器上，还可能导致程序崩溃，或者带来性能损失。例3中的代码是不安全的，因为放置在堆栈中的32位int变量有可能4字节对齐，由此导致程序崩溃，如果在堆中分配（malloc），就能防止此类事情的发生。　　例3： {　int a1[2048];　int a2[2048];　int a3[2048];　long long* pa1 = (long long*) a1;　long long* pa2 = (long long*) a2;　long long* pa3 = (long long*) a3;　for (int i = 0; i < sizeof(a1) / sizeof(long long); i)　{　　pa3[i] = pa1[i] ^ pa2[i];　}}共3页。 1 2 3 : 下载本文示例代码


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