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：

 
 
 
  
  
  #include
  
  
  #include
  
  
  #include
  
  
  #include
  
  
  #include
  
  
  #include
  
  
  #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?

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