C++循環優化：提升性能的關鍵技巧
作者：鯊魚編程
本文將介紹一些優化C++循環的技巧，幫助您提升程序的性能。關鍵的優化技巧包括緩存迭代器、使用前置遞增代替后置遞增以及使用適當的算法。
在C++編程中，循環是一種常見的結構，然而，通常情況下，我們可能會忽視循環中的一些細微的效率問題，這些問題可能會導致大量的時間浪費。本文將介紹一些優化C++循環的技巧，幫助您提升程序的性能。
典型的“未優化”C++循環
我們首先來看一個典型的“未優化”C++循環示例：
int main()
{
std::vector<uint32_t> vec;
// 填充向量
for(int i=0; i<10000000; i++)
{
vec.push_back(i);
}
// 對向量的值進行1000次求和
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
uint64_t sum = 0;
for (std::vector<uint32_t>::const_iterator itr = vec.begin();
itr != vec.end();
itr++)
{
sum += *itr;
}
std::cout << sum << std::endl;
}
}在沒有進行任何優化的情況下，該代碼的執行時間為551.97秒。
使用緩存的“end()”迭代器
該優化技巧主要是避免在每次循環迭代時對vec.end()進行查找，而是將其緩存起來，以避免重復查找的開銷。代碼示例如下：
int main()
{
std::vector<uint32_t> vec;
for(int i=0; i<10000000; i++)
{
vec.push_back(i);
}
for (int i=0; i<1000; i++)
{
uint64_t sum = 0;
// 緩存vec.end()以避免重復查找
std::vector<uint32_t>::const_iterator itr, end(vec.end());
for (itr = vec.begin();
itr != end;
itr++)
{
sum += *itr;
}
std::cout << sum << std::endl;
}
}經過該優化后，代碼的執行時間減少至524.81秒，相比未優化版本有了5%的改進。
使用前置遞增代替后置遞增迭代器
將后置遞增(itr++)改為前置遞增(++itr)是一種簡單的優化方法，它可以顯著提高循環的執行效率。代碼示例如下：
int main()
{
std::vector<uint32_t> vec;
// 使用前置遞增代替后置遞增
for(int i=0; i<10000000; ++i)
{
vec.push_back(i);
}
for (int i=0; i<1000; ++i)
{
uint64_t sum = 0;
std::vector<uint32_t>::const_iterator itr, end(vec.end());
// 使用前置遞增代替后置遞增
for (itr = vec.begin();
itr != end;
++itr)
{
sum += *itr;
}
std::cout << sum << std::endl;
}
}經過這一簡單的改變，代碼的執行時間減少至323.58秒，相比未優化版本有了38%的改進。
使用std::for_each算法
我們可以使用std::for_each算法來進一步優化循環。std::for_each算法會自動緩存.end()并使用前置遞增代替后置遞增操作。但需要注意的是，在關閉優化的情況下，編譯器無法內聯調用Sum和Increment函數，這可能會導致性能下降。代碼示例如下：
struct Sum
{
uint64_t m_sum;
Sum()
: m_sum(0)
{
}
void operator()(uint32_t i)
{
m_sum += i;
}
};
struct Increment
{
int m_value;
Increment(int i)
: m_value(i)
{
}
int operator()()
{
return m_value++;
}
};
int main()
{
std::vector<uint32_t> vec;
// 使用Increment生成器生成10000000個值
std::generate_n(back_inserter(vec), 10000000, Increment(0));
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
uint64_t sum = 0;
// 使用std::for_each進行循環求和
std::for_each(vec.begin(), vec.end(), Sum(sum));
std::cout << sum << std::endl;
}
}需要注意的是，這種優化方法在關閉優化的情況下可能會導致效率下降。
結論：
通過對循環進行優化，我們可以顯著提升C++程序的性能。關鍵的優化技巧包括緩存迭代器、使用前置遞增代替后置遞增以及使用適當的算法（如std::for_each）。然而，在進行優化時，我們需要注意優化對于特定編譯器和環境的適用性，以及可能引入的副作用。
責任編輯：趙寧寧
來源：
鯊魚編程
