简单的优化处理

下面的代码中的几个combine完成的功能都是相同的，都是将data_t内的全部数据求和。但是从函数1到函数6应用了不同的系统优化，当然这是C语言级别的优化。

现在CPU都是支持流水线操作的，我们怎么让我们的代码多多符合CPU的流水操作，并行执行，这是对代码性能的提高是很多有帮助的。仿存操作、函数调用、跳转指令、寄存器溢出，CPU的这些特性如果使用不当，很有可能会造成我们的程序性能低下，形成瓶颈，当然我们现在写的程序都比较的小，我们不能很确切的体会到这种性能上的差异。

下面的程序虽然是我写的，但是我也有很多的不明白的地方，比如combine2比combine1少了很多对vec_length(v)函数的调用，安常理来说combine2的速度应该比combine1快，但是在我的机器上却不是，很不解。我通过反汇编看到编译器将combine1和combine2的函数调用全部优化（通过O2优化）为直接的内存访问，但是不明白为什么combine2却比combine1多个1个跳转操作指令和几个访存操作，我不知道gcc编译器为什么会产生这样的代码。

现在的编译器虽然已经够聪明，但是编译器的更迭却没有跟上处理器的更新速度，所以很多地方的优化还是要程序员人为的来进行。

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#include <stdio.h> #include <assert.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <sys/time.h>     typedef int data_t;   #define IDENT 0 #define OPER +   typedef struct { int len; data_t *data; } vec_rec, *vec_ptr;   vec_ptr new_vec(int len) { vec_ptr result = (vec_ptr)malloc(sizeof(vec_rec));   if (!result) { return NULL; } result->len = len;   /* 对输入参数的判断 */ if (len > 0) { data_t *data = (data_t *)calloc(len, sizeof(data_t)); if (!data) { free((void *)result); return NULL; }   result->data = data; } else { result->data = NULL; }   return result; } int get_vec_element(vec_ptr v, int index, data_t *dest) { if (index < 0 || index >= v->len) { return -1; }   *dest = v->data[index];   return 0; }   int vec_length(vec_ptr v) { return v->len; }   /* 给结构体data赋值,随即数 */ int vec_set_data(vec_ptr v) { int i; /* 其实这里应该用断言判断v的invariant属性 */ assert(v != NULL);   srand(time(NULL));   for (i = 0; i < v->len; i++) { v->data[i] = rand() % 1000; }   return 1; }   /* 只用于int型，验证程序是否正确 */ void vec_set_print(vec_ptr v) { int i; assert(v != NULL);   for (i = 0; i < v->len; i++) { printf("%d ", v->data[i]); }   printf("\n"); }   data_t * get_vec_start(vec_ptr v) { return v->data; }   /* 使用setitimer计时,精确到微秒 */ void comput_time(vec_ptr vec, const char *str, void(*func)(vec_ptr, data_t*)) { struct itimerval begin, end; data_t result; long int t;   begin.it_interval.tv_sec = 0; begin.it_interval.tv_usec = 0; begin.it_value.tv_sec = 2; begin.it_value.tv_usec = 999999;   if (setitimer(ITIMER_REAL, &begin, NULL) != 0) { printf("setitimer error!\n"); return; }   func(vec, &result);   if (getitimer(ITIMER_REAL, &end) != 0) { printf("getitimer error!\n"); return; }   t = (begin.it_value.tv_sec - end.it_value.tv_sec) * 1000000 + \ begin.it_value.tv_usec - end.it_value.tv_usec;   printf("%s result:%d\n", str, result); printf("%s time:%ld\n", str, t * 2000); /* 转换成周期数CPE,一个周期为0.5纳秒 */ }   /* gcc -O2下，系统将vec_length直接优化为内存操作了，没有函数调用 */   void combine1(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; data_t val = 0;   *dest = IDENT; for(i = 0; i < vec_length(v); i++) { get_vec_element(v, i, &val); *dest = *dest OPER val; } }   void combine2(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; data_t val = 0; int length = vec_length(v);   *dest = IDENT; for (i = 0; i < length; i++) { get_vec_element(v, i, &val); *dest = *dest OPER val; } }   void combine3_1(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; data_t *data = get_vec_start(v);   *dest = IDENT; for (i = 0; i < vec_length(v); i++) { *dest = *dest OPER data[i]; } }   void combine3_2(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; int length = vec_length(v); data_t *data = get_vec_start(v);   *dest = IDENT; for (i = 0; i < length; i++) { *dest = *dest OPER data[i]; } }   void combine4_1(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; data_t x = IDENT; data_t *data = get_vec_start(v);   for (i = 0; i < vec_length(v); i++) { x = x OPER data[i]; }   *dest = x; }   void combine4_2(vec_ptr v, data_t *dest) { int i; int length = vec_length(v); data_t *data = get_vec_start(v); data_t x = IDENT;   for (i = 0; i < length; i++) { x = x OPER data[i]; }   *dest = x; }   void combine5(vec_ptr v, data_t *dest) { int length = vec_length(v); int limit = length - 2; data_t *data = get_vec_start(v);   data_t x = IDENT; int i;   for (i = 0; i < limit; i+=3) { x = x OPER data[i] OPER data[i+1] OPER data[i+2]; }   for (; i < length; i++) { x = x OPER data[i]; }   *dest = x; }   int main(void) { vec_ptr vec;   vec = new_vec(10000); if (vec == NULL) { return -1; }   vec_set_data(vec);   //vec_set_print(vec);     comput_time(vec, "combine1", combine1);   comput_time(vec, "combine2", combine2);   comput_time(vec, "combine3_1", combine3_1);   comput_time(vec, "combine3_2", combine3_2);   comput_time(vec, "combine4_1", combine4_1);   comput_time(vec, "combine4_2", combine4_2);     comput_time(vec, "combine5", combine5);   return 0; }

执行结果：
zst@IMZST:~/book_code/CSAPP$ ./a
combine1 result:5024359
combine1 time:40000
combine2 result:5024359
combine2 time:46000
combine3_1 result:5024359
combine3_1 time:36000
combine3_2 result:5024359
combine3_2 time:26000
combine4_1 result:5024359
combine4_1 time:28000
combine4_2 result:5024359
combine4_2 time:30000
combine5 result:5024359
combine5 time:20000