C++性能相关的部分内容

C++性能相关的部分内容

与底层硬件紧密结合

大端存储和小端存储（硬件概念）
C++在不同硬件上运行的结果可能不同
比如：输入01234567，对于大端存储的硬件会先在较大地址上先进行存储，而对于小端存储的硬件会先在较小地址上进行存储
数据的高位部分存于高位字节，且在内存地址中，大端模式下高位字节存于低地址，小端模式下存于高地址
01234567（高位字节->低位字节）
内存地址（低地址->高地址）

大小端存储会对以下方面造成影响：
数据存储和读取

• 对于多字节数据类型，如int、float等，在不同大小端存储模式下，数据在内存中的存储顺序不同。大端模式下，数据的高位字节存于低地址，低位字节存于高地址；小端模式则相反。这就导致在读取数据时，如果程序没有考虑到硬件的大小端特性，可能会读取到错误的数据。例如，在一个小端模式的系统中存储了0x12345678，如果按照大端模式去读取，就会将其解读为0x78563412，与实际存储的值不同。
  网络通信
• 在网络通信中，不同的设备可能采用不同的大小端存储方式。如果发送方和接收方的大小端设置不一致，就需要进行数据转换，否则会导致数据传输错误。例如，一台大端模式的计算机向一台小端模式的计算机发送一个int类型的数据0x12345678，接收方按照小端模式接收后，会将数据存储为0x78563412，与发送方发送的数据不一致。为了解决这个问题，网络协议通常会规定统一的字节序，如TCP/IP协议使用大端序（网络字节序），在发送数据时，发送方需要将数据转换为网络字节序，接收方收到数据后再转换为本地字节序。
  文件格式
• 一些文件格式也会对数据的存储字节序有规定。例如，BMP图像文件格式规定使用小端序存储图像数据。如果在读取BMP文件时，没有按照小端序来解析数据，就无法正确读取图像的像素信息，导致图像显示错误。同样，在处理其他文件格式如音频文件、视频文件等时，也需要根据文件格式的规定来正确处理大小端问题，以确保能够正确地解析和处理文件中的数据。
  跨平台编程
• 当编写跨平台的程序时，由于不同的硬件平台可能采用不同的大小端存储模式，程序员需要特别注意处理大小端问题，以确保程序在各种平台上都能正确运行。例如，在一个同时支持大端和小端平台的程序中，如果直接对多字节数据进行存储和读取，而没有考虑大小端差异，那么在不同平台上运行时可能会得到不同的结果。为了避免这种情况，程序员可以使用一些特定的函数或宏来进行大小端转换，或者采用一些与平台无关的方式来存储和处理数据，如使用网络字节序来存储和传输数据，在需要时再进行本地字节序的转换。

对象生命周期的精确控制

C++与C#的对象生命周期
1.C#语言中，对象使用完毕后由垃圾回收系统自动销毁，程序员无需关注销毁操作。
(易用性但由于额外引入垃圾回收系统这个额外机制而造成性能损耗)
2.C++中，对象的生命周期由程序员精确控制，包括构造和销毁。（程序员显式的做这件事）
3.这种设计差异主要取决于易用性和性能之间的取舍。

对象生命周期精确控制的好处
1.精确控制对象生命周期可以避免引入额外的垃圾回收系统，从而提升性能。
2.及时释放对象资源可以使资源得到更有效的利用。
3.通过编译器优化，某些语言特性在编译时执行，进一步提升了性能。

C++和C#的异常处理机制
1.C++中使用try-catch语句来处理异常，try语句体中构造的对象需要在抛出异常后显式销毁。
2.C#中使用try-catch-finally语句，try语句体中构造的对象无论是否抛出异常都会被销毁。(在Finally中被销毁)
3.这种差异源于C++对对象生命周期的精确控制。

左侧C++异常处理机制、右侧C#异常处理机制

对象生命周期精确控制的好处
1.精确控制对象生命周期可以避免引入额外的垃圾回收系统(占用额外的系统资源)，从而提升性能。
2.及时释放对象资源可以使资源得到更有效的利用。
3.通过编译器优化，某些语言特性在编译时执行，进一步提升了性能。

Zero-Overhead Abstraction

理解Zero-Overhead Abstraction（零开销抽象）
在 C++ 编程中，C++ 有很多复杂的特性，像模板、多态等。当你写代码时，如果某个程序只用到了基本的数据类型和简单的函数，没用到模板特化或者复杂的多态机制，那程序在运行的时候，就不会因为这些没用到的特性，额外占用内存空间或者让运行速度变慢。也就是说，C++ 不会把那些你不用的特性所带来的开销，强加到你的程序上，这样能让程序更高效地运行。

1.Zero Overhead Abstraction意味着不为未使用的语言特性支付成本。
2.虚函数会增加程序的运行时开销，但如果类中没有定义虚函数，则不支付虚函数的成本。
3.C++通过编译器优化，在编译时执行某些函数，避免了运行时的开销。