性能优化小技巧-消除低效循环，让你的程序快到飞起

在分享这些性能优化技巧之前，需要说明以下几点

• 不要过早优化性能

• 现代编译器的优化能力很强大

• 80%的性能问题集中于20%的代码中

但是由于编译器的优化非常小心，它必须确保优化前后执行的效果是保持一致的，因此有些时候它会变得保守，并不能帮你优化太多。

本文所需要的是在平常不需要花费太多力气，养成习惯，并且对程序性能有好处的小技巧。

示例程序

为了说明本文所提到的技巧效果，先看一个示例程序，程序的目的非常简单，就是将字符串中的小写字母转换为大写）,以下是完整可编译运行代码：

//来源：公众号【编程珠玑】
//作者：守望先生
//loop.c
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<ctype.h>
#include<string.h>
#include<sys/time.h>
#define MAX_LEN  1024*1024
void printCostTime(struct timeval *start,struct timeval *end)
{
    if(NULL == start || NULL == end)
    {
        return;
    }
    long cost = (end->tv_sec - start->tv_sec) * 1000 + (end->tv_usec - start->tv_usec)/1000;
    printf("cost time: %ld ms\n",cost);
}
int main(void)
{
    srand(time(NULL));

    int min = 'a';
    int max = 'z';
    char *str = malloc(MAX_LEN);
    //申请失败则退出
    if(NULL == str)
    {
        printf("failed\n");
        return -1;
    }
    unsigned int i = 0;
    while(i < MAX_LEN)//生成随机数
    {
        str[i] = ( rand() % ( max - min ) ) + min;
        i++;
    }
    str[MAX_LEN - 1] = 0; 
    //统计时间
    struct timeval start,end;
    gettimeofday(&start,NULL);
    for(i = 0;i < strlen(str) ;i++)
    {
        str[i]  = toupper( str[i] );
    }
    gettimeofday(&end,NULL);
    printCostTime(&start,&end);
    free(str);
    str = NULL;
    return 0;
}

随机数的生成可参考《随机数生成的方法》。我们主要关注下面的部分：

for(i = 0;i < strlen(str) ;i++)
{
    str[i]  = toupper( str[i] );
}

很简单，对不对？

运行看看时间：

$ gcc - -o loop loop.c
$ ./loop
cost time: 42103 ms

总共花了42秒多！（机器处理能力不同运行结果将会有较大差异）

消除低效循环

终于来到了我们的优化环节，我们观察代码其实很容易发现，每次循环的时候都会执行一次strlen计算字符串的长度，而这个计算具有以下特点

• 每次结果一致，属于重复计算

• strlen时间复杂度为O(N)，也就是说，字符串越长，它需要的时间也就越多

一般情况下的使用是没有太大问题的，但是问题在于，如果是在一个多次循环中，它能极大的影响效率。

到这里，优化方法想必你也清楚了，那就是将计算结果不会改变的计算移到循环外。代码如下：

unsigned int len = strlen(str);
for(i = 0;i < len ;i++)
{
    str[i]  = toupper( str[i] );
}

那么再次运行的结果如何呢？

$ gcc -O0 -o loop loop.c
$ ./loop
cost time: 4 ms

看到没有，4ms，将近一万的性能提升！而这个数值将会随着字符串长度的增长进一步扩大。惊不惊喜，意不意外？

总结

实际上，本文的例子是比较极端的，然后实际中就可能隐藏着很多类似的代码：

• 在循环中计算，但是每次结果都一样

• 并且该计算的复杂度不是O(1)

对于这类代码，在不绝对影响可读性的情况下，完全可以将其移到循环外。

思考

如果是C++的string，循环时通过str.length()获取长度，会如此影响性能吗？为什么？

参考《深入理解计算机系统》