程序优化——C/C++参数优化

C/C++变量优化：

C/C++语言中变量依据其定义的方式不同，其存放位置可以分为寄存器、栈区、堆区和静态存储区三种区域。

（1）寄存器上分配。当函数中定义的局部变量不多，且没有对局部变量的取地址操作时，则会将该变量会分配在寄存器中。当进行运算时，直接读寄存器，速度非常快。

（2）在栈上分配。用户在函数体中定义了较多局部变量后，或对变量进行取地址操作，通过结构体返回值，则相应的变量会放在栈空间。函数执行结束后，这些存储单元自动被释放。一般的情况，由于栈区中数据在函数中都会被重复用到，加载时都能够Cache命中，一个周期内完成，效率很高，但是其分配的内存容量有限。

（3）从静态存储区域分配。在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量、static变量。在ARM9平台，从静态区加载数据到寄存器，一般需要3个周期。如果在循环中，无序访问数据造成Cache不能命中，那么每次都需要3个周期加载，则比较费时。所以尽量让数据顺序访问，提高Cache命中率和访问速度。

（4）从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请的内存，程序员自己负责用free或delete释放内存，其访问速度和静态区相同。

建议1：把重复使用的指针型参数拷贝到本地局部变量。

参看下面的代码：

比较左边的C代码，差别在于将step指向的值赋给局部变量temp。程序员一般会认为，A框中列出的 C代码，节约了一个整形变量的存储空间，而且直接用指针进行运算，少了一条赋值语句，速度应该更快。其实不然，将两部分C代码汇编后，再比较右边汇编指令，并没有节约存储空间（原因是变量分配在寄存器中），而且b中汇编代码到在计算每二个表达式时，少用了一条LDR指令。为什么呢？因为编译器不能断言step指针，是否和t1指向同一个地址，即在计算第一个表达式后，其指向值是否发生了改变。为了保证程序正确性，在第二次引用时，只能再次从内存加载step，增加了一个LDR指令周期数。对于这种指针型参数，编译器不能做到优化，如果step处于循环中，情况则更加糟糕。所以只能由程序员自己控制，配合编译器做好优化工作。

建议2：尽量选用32位的数据类型变量。

ARM 指令集支持有符号/无符号的8 位、16 位、32位整型变量。恰当的使用变量类型，不仅可以节省目标代码指令，并且可以提高代码运行效率。在程序编写过程中，应该尽可能地避免使用char、short 型的局部变量，因为操作8位/16位局部变量往往比操作32位变量需要更多指令， 请对比下列函数和它们的汇编代码。

首先比较左边的C代码，唯一的差别是计数器变量i的定义不同。一般认为，采用short类型变量比int节约了两个字节。其实并没有，因为ARM是32位运算（除非处于Thumb模式），寄存器也是32位，并不存在节约了两个字节。在i定义为32整型时，在对应的汇编代码中可以说编译器已经做到极致优化，其将循环结束条件都进行了优化。而在计数器定义为16位整形时，编译器则不但没有优化循环条件，而且还将计数器每次加1之后，利用移位操作对其进行宽度调整，将32位整形其转化为16位整型，增加了两条MOV指令。所以，在变量定义中，尽量使用32位宽度的数据类型，小于32位宽度的变量不但没有节约内存，还增加了很多无用的指令操作。在定义局部变量时，选用32位的数据有利于编译器优化。

（2）、参数传递的优化

传值方式：常量传递、指针传递、引用传递

ARM在函数调用时，如果参数少于四个，则通过R0-R3传递参数。如果多于四个参数，则会将参数从右向左的顺序入栈。所以，在函数设计时，尽量限制函数的参数，不要超过4个，这样可以省去参数入栈操作，提高函数调用效率。函数func_1以传值的方式传递参数，必然会调用CString的拷贝构造函数和析构函数，函数运行过程中不会改变调用者的内容。

函数func_2以指针的方式传递参数，不会调用CString的拷贝构造函数和析构函数，但函数运行过程中，可以对调用者参数所指向的内容进行改变，会造成不安全性。为了保证调用者的值不会被改变，同时也不调用拷贝函数，那么就可以引用传递方式传递参数，在类型前加上const关键字。

（3）、合理使用内联函数

在编译内联函数时，编译器首先对参数和返回值进行检查，确认正确后，内联函数的代码就会直接替换函数调用。这样，就可以省去函数调用的开销，提高函数的执行效率。但是，每一内联函数的调用处都会有其一份拷贝，无疑增大了代码体积，程序加载后消耗更多的内存空间。所以，内联函数是典型的“以空间换时间”的优化策略。如果函数体内代码的执行时间远大于函数调用开销，那么内联的意义就不大了。

所以，使用内联函数时注意以下事项：

（1）将大多数内联函数限制在小型、被频繁调用的函数身上。

（2）内联会导致目标代码体积变大，在空间有限的情况下，不宜使用内联函数。

现在的编译器，都会拒绝将过于复杂的函数内联，自动地取消不值得内联的函数。

（4）、分支优化

条件分支(if语句、switch语句)是编程中经常使用的基本操作，然而在某些时候(如循环)它可能带来严重的性能问题。在ARM上，分支是通过跳转指令B来实现。在ARM7和ARM9中，跳转指令B需要3个指令周期数，是占用指令周期数比较长的一条指令(原因是会清空流水线)。所以，如果在循环中大量使用条件分支，则严重影响程序效率。在XScale中，ARM处理器能对条件分支做出预测。如果分支预测正确,那么跳转指令B只需要花费1个指令周期，而如果预测错误,那么需要增加4个指令周期。这就是分支预测错误的惩罚。

下面将讨论条件分支的一些有效优化方法。

1．把条件分支移动到循环外

先看如下代码，

对于A代码中奇偶模式的随机分支，即使当前最好的CPU也不可能做出好的预测，对于这种情况就要改写成两个for循环,一个处理偶数,一个处理奇数，如代码B。

2．单独处理条件分支。

图像处理算法，经常需要判断边界像素点，进行特殊处理；可以考虑的优化方案是把边界区域和内部区域分开处理；或者条件允许的话，扩大原图像的边界，形成"哨兵"数据，这样访问像素的时候就不用考虑越界的问题了。

3．合并多个条件来减少条件分支

编写代码过程中，常常使用 if((pStr1==0)&&( pStr2==0)&&( pStr3==0))，编译器将生成3个条件跳转指令，而且使分支可预测性大大降低，可以改写为: if((pStr1|pStr2|pStr3)==0) 从而同时改进代码和分支预测准确率。经测试，在GUN ARM编译器的O1优化级别上，能够对于上述语句自动优化。对下面的语句，编译器不能做到优化(因为编译器不能断定b0,b1,b2>=0)，会产生三个比较指令和三个跳转指令，这种情形就需要程序员自己优化。

if((b0>=64)||(b1>=64)||(b2>=64))  //b0,b1,b2>=0 

改写为:if((b0|b1|b2)>=64)

yo ！peace！