C++之那些年踩过的坑

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C++之那些年踩过的坑

茶花盛开 2017-04-22 19:09:35 浏览2254
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上次提到了一个问题: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:

C++之那些年踩过的坑

#include <iostream>#include <chrono>int main()

C++之那些年踩过的坑

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

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。如果你想学习C/C++可以来这个群,首先是三三零,中间是八五九,最后是七六六,里面有大量的学习资料可以下载。

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()

然后按照刚刚的方法(在 Debug 下)看反汇编:

C++之那些年踩过的坑

/*unsigned */int a = 123456789;00B4104E mov dword ptr [a],75BCD15h

C++之那些年踩过的坑

然后在把注释去掉试试:

C++之那些年踩过的坑

unsigned int a = 123456789;00C3104E mov dword ptr [a],75BCD15h

C++之那些年踩过的坑

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。

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()

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!

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!

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