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C++循环优化：提升性能的关键技巧

来源：责编：时间：2023-09-28 10:08:51 199观看

导读在C++编程中，循环是一种常见的结构，然而，通常情况下，我们可能会忽视循环中的一些细微的效率问题，这些问题可能会导致大量的时间浪费。本文将介绍一些优化C++循环的技巧，帮助您提升程序的性能。典型的“未优化”C++循环我们

在C++编程中，循环是一种常见的结构，然而，通常情况下，我们可能会忽视循环中的一些细微的效率问题，这些问题可能会导致大量的时间浪费。本文将介绍一些优化C++循环的技巧，帮助您提升程序的性能。

典型的“未优化”C++循环

我们首先来看一个典型的“未优化”C++循环示例：

int main(){  std::vector<uint32_t> vec;  // 填充向量  for(int i=0; i<10000000; i++)  {    vec.push_back(i);  }  // 对向量的值进行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;  }}

在没有进行任何优化的情况下，该代码的执行时间为551.97秒。

使用缓存的“end()”迭代器

该优化技巧主要是避免在每次循环迭代时对vec.end()进行查找，而是将其缓存起来，以避免重复查找的开销。代码示例如下：

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;    // 缓存vec.end()以避免重复查找    std::vector<uint32_t>::const_iterator itr, end(vec.end());     for (itr = vec.begin();        itr != end;        itr++)    {      sum += *itr;    }    std::cout << sum << std::endl;  }}

经过该优化后，代码的执行时间减少至524.81秒，相比未优化版本有了5%的改进。

使用前置递增代替后置递增迭代器

将后置递增(itr++)改为前置递增(++itr)是一种简单的优化方法，它可以显著提高循环的执行效率。代码示例如下：

int main(){  std::vector<uint32_t> vec;  // 使用前置递增代替后置递增  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());    // 使用前置递增代替后置递增    for (itr = vec.begin();        itr != end;        ++itr)    {      sum += *itr;    }    std::cout << sum << std::endl;  }}

经过这一简单的改变，代码的执行时间减少至323.58秒，相比未优化版本有了38%的改进。

使用std::for_each算法

我们可以使用std::for_each算法来进一步优化循环。std::for_each算法会自动缓存.end()并使用前置递增代替后置递增操作。但需要注意的是，在关闭优化的情况下，编译器无法内联调用Sum和Increment函数，这可能会导致性能下降。代码示例如下：

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个值  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进行循环求和    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), Sum(sum));    std::cout << sum << std::endl;  }}

需要注意的是，这种优化方法在关闭优化的情况下可能会导致效率下降。

结论：

通过对循环进行优化，我们可以显著提升C++程序的性能。关键的优化技巧包括缓存迭代器、使用前置递增代替后置递增以及使用适当的算法（如std::for_each）。然而，在进行优化时，我们需要注意优化对于特定编译器和环境的适用性，以及可能引入的副作用。

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