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《C++之那些年踩过的坑(附录一)》

C++之那些年踩过的(附录一)

作者:刘俊延(Alinshans)

本系列文章针对我在写C++代码的过程中,尤其是做自己的项目时,踩过的各种坑。以此作为给自己的警惕。

 


 

【版权声明】转载请注明原文来自:http://www.cnblogs.com/GodA/p/6639526.html

 

本来上个月就开始动笔了,直到现在才发出来,实在太多事情。可能有些小朋友不知道写这一篇随笔的起因,那么你可以看一下我之前写的。

上一篇的最后,我提到了一个问题:代码优化。并留了一个小测试:无符号数与有符号数的性能比较。不知道有没有人去实验。我做了一个简单的测试:

#include <iostream>
#include <chrono>

int main()
{
  /*unsigned */int a = 123456789;
  auto t1 = std::chrono::system_clock::now();
  for (int i = 0; i < 100; ++i)
  {
    a += 3;
    a -= 5;
    a *= 7;
    a /= 7;
  }
  auto t2 = std::chrono::system_clock::now();
  auto runtime = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(t2 - t1);
  std::cout << "a = " << a <<"\n";
  std::cout << runtime.count() << "ns";
}

在上述代码在 VS 的 Debug 模式下运行(Release就优化掉了),稳定后运行时间在 2800ns,然后把注释去掉,再次运行,稳定后运行时间还是 2800ns。在我在电脑上,计算有符号类型和无符号类型几乎是没有差别的,我相信在绝大多数的电脑上也是相同的结果。

类似的还有浮点数的计算比整型数慢?对于这个问题,可以看一下这个问题:https://www.zhihu.com/question/26494062 。

首先我要声明:我不是反对代码优化。对于有很多流传广泛的所谓的优化技巧,我觉得我们应该应该抱着学习探索的心态,而不是一味地追求一些没有什么意义的东西。有些优化,确实很精妙。但很多所谓的技巧,看起来的意思就是:做编译器的那群人都是傻逼。想优化我们的程序,这是正常的、应该的想法,但我们应该用科学的方法,而不是听了一些奇淫技巧,却不知道里面发生了什么。

其实很简单,探究性能瓶颈靠 profiling,探究代码背后的不为人知的故事看 assembly。我们先讲后面一个。

我想大多数人还是在 Windows 下编程,所以用的肯定也是宇宙最强 IDE VS。在 VS 下看汇编很简单,随便设置一个断点,然后按调试下面的开始调试,然后在打开在调试下的窗口找到反汇编,就可以看了。比如我们研究有符号数和无符号数,先写一个程序:

int main()
{
  /*unsigned */int a = 123456789;
  a = a / 13;
  std::cout << a;
}

然后按照刚刚的方法(在 Debug 下)看反汇编:

  /*unsigned */int a = 123456789;
00B4104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h  
  a = a / 13;
00B41055  mov         eax,dword ptr [a]  
00B41058  cdq  
00B41059  mov         ecx,0Dh  
00B4105E  idiv        eax,ecx  
00B41060  mov         dword ptr [a],eax  

然后在把注释去掉试试:

  unsigned int a = 123456789;
00C3104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h  
  a = a / 13;
00C31055  mov         eax,dword ptr [a]  
00C31058  xor         edx,edx  
00C3105A  mov         ecx,0Dh  
00C3105F  div         eax,ecx  
00C31061  mov         dword ptr [a],eax  

几乎是一模一样的,最大的差别就是有符号数使用 idiv指令(带符号除法),无符号数使用 div指令(不带符号除法),而这两种指令,CPU周期都是一样的。http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf 。

当然我不是说不用无符号数,而是说我们用什么要看场合,而不是你觉得用了性能更好,除非是被大众认可的或者你经过严谨的测试的。像对于某些书籍或者什么地方说,只要确定范围不为负数的,就用无符号类型,我是不认可的。如果你讲范围,那如果一个有符号类型不够用,那么通常(相同bit下)它对应的无符号类型也不够用。比如你 int32_t 不够用,就应该用 int64_t,如果还不够,考虑写个 BigInteger类 吧 :) 。不过对于无符号和有符号类型,它们之间的性能在当代确实是几乎没有什么差别。那具体什么场合用什么呢?这个也不一定,比如一般来说:

  • 对于位储存、位运算、模运算等,使用无符号类型
  • 对于一般运算使用有符号类型

其实我对于无符号有符号是觉得很那个什么的。。平时我们说一个数,要么就是整数,要么就是小数得了,还要去分有没有符号那真的是。不过因为是 C++ 所以也就没什么奇怪的了。

好像有点偏离我想说的主题了(拽回来

我并不是想专门讲这个什么有符号无符号,而是想借这个题引出(我的)一些看法:

  • 过早的优化是万恶之源
  • 不要试图帮编译器优化
  • 优化时不要去猜测,想当然得去优化自己“觉得”性能差的地方
  • 探究性能的瓶颈靠 profiling

我们一点一点讲。

对于一个需求,我们应该先完成功能,若性能达不到要求之后,在确定瓶颈之后再去优化。过早优化,不仅让代码不直接,还容易出bug,还可能对性能几乎没有影响。而且,我们优化时,应该关注大方向,确定大方向是正确的。比如写一个算法,我们首先应该确保 Big-O 的时间复杂度能达标,可以用 O(n) 的就不用 O(nlogn),可以用 O(nlogn) 的就不用 O(n2),而不是先在那里扣 i++ 还是 ++i。另外,不要想着去帮编译器优化,因为编译器是一堆比你强不知道多少的人写出来的,而对于一般人,想着去帮编译器优化,大部分是无效的,少部分是错的。比如有人学了一点点 std::move,就老是想着 move move move 去提高性能,举个栗子,(不同的)容易写出这样的代码:

template <typename T>
T create()
{
  auto object = new T();
  return std::move(object);
}

确实运行不会错,但是,代码背后做的事情不一定就跟你想的一样,往往跟你想象的还不一样。有些情况编译器可以采用更好的办法,结果因为你那么一搞,迫不得已只能采用次一点的办法。可以看看 这个问题 ,不赘述了。
还有比如说用异或来交换两个变量,有人就会想,用位运算,不仅不需要创建临时变量,而且位运算一般不是更快嘛!对于这个问题,陈硕大大早有讲到,在 https://cloud.github.com/downloads/chenshuo/documents/CppPractice.pdf 的第 9 章。要是没有看过的劳烦读者自行前往。

如果你已经看了上面的链接,那么你也就知道了,你(几乎)不会知道编译器做了什么,编译器可以做的优化超出你的想象(不过有的时候人能明显看出来的优化编译器却做不到,但影响不大),在我的系列文章(二)中也反复强调了,不要试图帮助编译器去优化。若你想探究一小段代码背后的细节,就去看反汇编吧!

然后关于探究性能瓶颈,我还是想贴上一个回答:https://www.zhihu.com/question/56727144/answer/150555866

最后我希望我放的链接都有认真看呀!为什么我贴那么多链接呢?因为我说的话没有权威没人信啊!大神说的总有一点参考价值了吧!(

好了,暂时写那么多先。

才学疏浅,如有不当地方还请海涵,感谢指点!

 

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