C程序优化 - I/O篇

liyuming1978（原作）

　　如果有文件读写的话，那么对文件的访问将是影响程序运行速度的一大因素。提高文件访问速度的主要办法有两个：一是采用内存映射文件，二是使用内存缓冲。下面是一组测试数据（见《UNIX环境高级编程》3.9节），显示了用18种不同的缓存长度，读1,468 ,802字节文件所得到的结果。

缓冲大小	用户CPU（秒）	系统CPU（秒）	时钟时间（秒）	循环次数（秒）
1	23.8	397.9	423.4	1 468 802
2	12.3	202.0	215.2	734 401
4	6.1	100.6	107.2	367 201
8	3.0	50.7	54.0	183 601
16	1.5	25.3	27.0	91 801
32	0.7	12.8	13.7	45 901
64	0.3	6.6	7.0	22 951
128	0.2	3.3	3.6	11 476
256	0.1	1.8	1.9	5 738
512	0.0	1.0	1.1	2 869
1 024	0.0	0.6	0.6	1 435
2 048	0.0	0.4	0.4	718
4 096	0.0	0.4	0.4	359
8 192	0.0	0.3	0.3	180
16 384	0.0	0.3	0.3	90
32 768	0.0	0.3	0.3	45
65 536	0.0	0.3	0.3	23
131 072	0.0	0.3	0.3	12

　　可见，一般的当内存缓冲区大小为8192的时候，性能就已经是最佳的了，这也就是为什么在H.263等图像编码程序中，缓冲区大小为8192的原因（有的时候也取2048大小）。使用内存缓冲区方法的好处主要是便于移植，占用内存少，便于硬件实现等。下面是读取文件的C伪码：

int Len ;
BYTE buffer[8192] ;
ASSERT(buffer==NULL) ;
If buffer is empty
{
　　Len=read(File,buffer,8192) ;
　　If(len==0) No data and exit ;
}

　　但是如果内存比较大的时候，采用内存映射文件可以达到更佳性能，并且编程实现简单。内存映射的具体使用说明见msdn October 2001中的Platform SDK：Documentation—Base Services—File Storage—File Mapping。

下面是一点建议：
① 内存映射文件不能超过虚拟内存的大小，最好也不要太大，如果内存映射文件接近虚拟内存大小的时候，反而会大大降低程序的速度（其实是因为虚拟内存不足导致系统运行效率降低），这个时候，可以考虑分块映射，但是我觉得如果这样，还不如直接使用内存缓冲来得直接一些。

② 可以将两种方法统一使用，如我在编大图像文件数据处理的时候（因为是Unix工作站，内存很大GB单位）使用了内存映射文件，但是为了最佳性能，也使用了一行图像缓存，这样在读取文件中数据的时候，就保证了仅仅是顺序读写（内存映射文件中，对顺序读写有专门的优化）。

③ 在写文件的时候使用内存映射文件要有一点小技巧：应该先创建足够大的文件，然后将这个文件映射，在处理完这个文件的时候，用函数SetFilePointer和SetEndOfFile来对文件进行截尾。

④ 对内存映射文件进行操作与对内存进行操作类似（使用起来就象数组一样），那么如果有大块数据读写的时候，切记使用memcpy（）函数（或者CopyMemory（）函数）

　　总之，如果要使用内存映射文件，必须：1.处理的文件比较的小，2.处理的文件很大，但是运行环境内存也很大，并且一般在运行该程序的时候不运行其他消耗内存大的程序，同时用户对速度有特别的要求，而且对内存占用没有什么要求。如果以上两个条件不满足的时候，建议使用内存缓冲区的办法。