C++性能优化—人工底稿版

C++以高性能著称，性能优化是C++程序员绕不过去的一个话题，性能优化是一个复杂、全局而又细节的问题，本文总结C++性能分析中常用的知识。

性能优化的时机

大部分关于性能优化的文章都强调：不要过早的进行性能优化。

C++编码层面

数据结构和算法

选择最优的数据结构和算法是保证程序性能的基础。

为了极致的性能，有时候还需要根据实际业务定义自己的数据结构和算法。

避免不必要的复制

内联函数

常量表达式

使用 constexpr 使得表达式在编译时计算。

constexpr int square(int x) { return x * x; }int main() {int result = square(5); // 编译时计算return 0;
}

避免不必要的类型转换

避免频繁的类型转换，特别是尽量避免使用 dynamic_cast，尤其是在性能关键路径中。

class Base { public: virtual void doSomething() {} };
class Derived : public Base { public: void doSomething() override {} };int main() {Base* base = new Derived();Derived* derived = static_cast<Derived*>(base); // 使用 static_cast 避免动态类型转换derived->doSomething();delete base;return 0;
}

使用移动优化

……

硬件层面

内存管理

频繁的内存分配和释放导致性能下降，使用内存池来预分配一块大内存区域，避免多次分配和释放内存。

#include <vector>class MemoryPool {
public:
void* allocate(size_t size) {}void deallocate(void* ptr) {}private:
std::vector<void*> freeList;
};

优化常用操作

条件分支导致 CPU 分支预测失败，可以优化代码中条件分支的顺序，避免分支预测失败。

for (int i = 0; i < 1000; ++i) {if (i % 2 == 0) {// 一部分代码，高频的部分可以放在前面} else {// 另一部分代码}
}

编译器优化

充分相信编译器是聪明到了极致，而不是自作聪明的去揣测编译器

并性编程

多线程 并行执行任务，充分利用多核 CPU。

CPU缓存优化

数据访问顺序导致缓存未命中，影响性能，调整内存访问顺序，增加数据的局部性。如下为经典示例

const int SIZE = 10000;
int arr[SIZE][SIZE];// 访问顺序优化，按列访问时可能导致缓存未命中
for (int j = 0; j < SIZE; ++j) {for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {arr[i][j] = i * j;}
}// 更好的访问顺序，按行访问
for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {for (int j = 0; j < SIZE; ++j) {arr[i][j] = i * j;}
}

I/O 性能

性能分析工具

Visual Studio性能探测器

gprof 进行性能分析

VTune工具