C程序性能优化：20个实验与达人技巧

目　录

第1章　CPU与编译器概论

1.1　高速路与人行道　002

1.2　编译器是如何运作的　003

　编译后的汇编语言程序　004

　添加优化选项后的结果　007

1.3　CPU是如何运作的　008

　指令集架构与微架构　008

　如何执行指令　009

　指令流水线　011

　高速缓存　012

　深入探讨高速缓存　013

　缓存块的替换算法　015

　超标量指令执行　015

第1章　是不是偏离了主题　017

第2章　执行成本

2.1　两程序的执行成本 020

2.2　计·测·谋　020

　书中的探讨　020

2.3　防止基准测试程序被优化　023

　防止操作“归并”　023

　防止变量在初始化时被优化　024

　防止重复单一指令被优化　025

　本书中的基准测试程序　026

2.4　验证——哪一步操作导致执行速度缓慢　029

2.5　基础加法与赋值运算　031

　单一的赋值操作(寄存器间的传送)　032

　单一的赋值操作(数据相互关联的情况)　032

　常量赋值　033

　变量间的加法运算　033

　变量与常量相加　034

2.6　耗时的乘法运算　036

　变量间的乘法运算　037

　变量与常量相乘　037

2.7　更为耗时的除法运算　040

　变量的除法(寄存器间的计算)　040

　除数为2、4的除法运算　042

　除数不是2的乘方的除法运算　042

　无符号整数除法运算　042

　除数为2的乘方时除法运算使用低成本移位指令　043

2.8　内存读取　045

　小数组的读取(小范围内的内存操作)　045

　大数组的读取(大范围内的内存操作)　047

　与台式机的CPU进行比较　049

2.9　造成执行时间差别的判断语句　051

　无else节点的if语句　051

　带else节点的if语句　053

2.10　32/64位环境中不同的函数调用　053

2.11　实验总结　055

　若想被爱则先爱　055

第3章　寻找性能瓶颈

3.1　使用gprof命令进行分析　058

　gprof的使用方法　058

3.2　哪个环节在消耗时间　058

　获取库函数的评测信息　060

　耗时的函数　062

　显示库函数的调用次数　063

3.3　函数的调用关系　063

3.4　进行数据分析的原理　066

3.5　其他性能分析器　067

　培养高水平人才的教育系统　068

第4章　达人方法论

4.1　达人的关注点　072

　硬件篇　072

　编译器/中间件篇　074

　算法篇　075

4.2　【硬件篇】数组和缓存的有效利用　076

　矩阵的乘法运算　076

　调整数组操作的顺序　077

　展开循环的方式　078

　矩阵的分块　079

4.3　【库函数篇】缓慢函数的迂回战术　080

　strcmp函数为何缓慢　080

　优化的陷阱　081

4.4　【硬件篇】使用SIMD进行字符串对比　083

4.5　【库函数篇】对比各种输入输出方法　085

　行输入函数的对比　085

　输出方法　089

　管道输入输出的特殊案例　091

　管道输入输出与文件输入输出　092

4.6　【算法篇】二分法查找与平衡二叉树　092

　海量数据的分类　093

　真要做到如此地步？　097

第5章　进一步研究编译器

5.1　不同级别的优化选项　100

　GCC的优化选项　100

　“零优化”对调试有效　100

　以不出现未定义行为为前提的2级以上优化选项　101

5.2　优化·寄存器·外部变量　102

5.3　删除公共子表达式为程序瘦身　104

5.4　指针与复杂运算简化　105

5.5　将用户函数进行内联展开　106

　和别人拉开差距！　108

第6章　给办公系统的一些启示

6.1　排序与字符串操作　112

6.2　小数点数的计算与字符串/数字的换算　112

　块数据输入输出和字段分割　113

　统计带小数部分的数　113

　整数转换成字符串　115

　性能优化的效果　116

6.3　半角字符转换为全角字符　117

　判定字符的字节数　118

　ASCII字符与半角片假名字符的判定　119

　ASCII字符转换为全角字符　123

　半角字符转换为全角字符　124

　性能优化的效果　127

　判定字符字节数的其他方法　127

　有关UTF-8　130

6.4　探索具有某种数据特性的数组　132

　数据的特性　133

　二分法查找与线性查找相结合　135

　性能优化的效果　138

后记　139