使用gcc和glibc来优化程序转载共20页文档Word文档格式.docx
《使用gcc和glibc来优化程序转载共20页文档Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《使用gcc和glibc来优化程序转载共20页文档Word文档格式.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
if（sizeof（int）==sizeof（longint）||（type==0））
sizeof运算总是在编译时进行,因此增加的条件表达式总是在编译时计算.
如果longint和int确实相同,那么这个函数就可以被编译器优化.
进一步优化,利用limits.h中定义的宏
#includelimits.hlongintadd（longinta,void*ptr,inttype）
#ifLONG_MAX！
=INT_MAXif（type==0）
else
#endifreturna+*（longint*）ptr；
这样,即便在longint不同于int的平台上,该函数也被优化了
2.2节省函数调用（SavingFunctionCalls）
很多函数很短小,相对函数执行的时间,函数调用的代价不可忽视.例如
标准库中的字符串函数和数学函数.解决办法有两个：
使用宏代替函数,
或者用inline函数.
一般而言,inline函数和宏一样快,但是更安全.但是如果用到alloca和
__builtin_constant_p的时候,可能要考虑用优先使用宏了
但是,如果函数被声明为extern,inline并不总是有效了.另外,当gcc的
编译优化选项没有打开时,gcc不会展开inline函数.
如果inline函数是static的,那么编译器总是会展开该函数,不考虑是否
真的值得.尤其是当使用-Os（optimizeforspace）选项时,staticinline函数是否值得使用就是个问题了.
编写正确而又安全的宏并不容易.要注意
a）正确使用括号括起参数,
例如
#definemult（a,b）（a*b）//错误
#definemult（a,b）（（a）*（b））
b）宏定义中的大括号引入新的block,这有时侯会导致问题.
#definescale（result,a,b,c）\
intc__=（c）；
\
*（result）=（a）*c__+（b）*c__；
下面的代码编译会出现问题：
if（.）
scale（r,a,b,c）；
///多余的分号导致编译错误elseelse
正确的写法应该是：
do{\
}while（0）
c）如果参数是表达式并且在宏定义中出现多次,尽量避免重复计算.
这也是上面例子中要引入变量c__的原因.但这会限制变量c__的类型.
d）宏缺乏返回值
2.3编译器内部函数（CompilerIntrinsics）
绝大部分C编译器都知道内部函数（Intrinsicfunctions）.它们是特殊的
inline函数,由编译器提供使用.这些函数用外部实现来代替.
gcc2.96的内部函数有
*__builtin_alloca：
动态分配栈上内存
dynamicllyallocatememoryonthestack
*__builtin_ffs：
findfirstbitset
*__builtin_abs,__builtin_labs：
absolutevalueofaninteger
*__builtin_fabs,__builtin_fabsf,__builtin_fabslabsolutevalueoffloating-pointvlaue
*__builtin_memcpycopymemoryregion
*__builtin_memsetsetmemoryregiontogivevalue
*__builtin_memcmpcomparememoryregion
*__builtin_strcmp
*__builtin_strcpy
*__builtin_strlen
*__builtin_sqrt,__builtin_sqrtf,__builtin_sqrtl
*__builtin_sin,__builtin_sinf,__builtin_sinl
*__builtin_cos,__builtin_cosf,__builtin_cosl
*__builtin_div,__builtin_ldivintegerdivisionwithrest
*__builtin_fmod,__builtin_fremmoduleandremainderoffloating-pointvalue
不能保证所有内部函数在所有平台上都定义了.
关于intrinsicfunction,有一个很有用的特性：
如果参数在编译时是
常数,那么可以在编译时计算其值.
例如strlen（"
foobar"
）有可能在编译时就计算好.
2.4__builtin_constant_p__builtin_constant_p并不属于intrinsicfunction,它是一个类似于
sizeof的操作符.
__builtin_constant_p接收一个参数,如果该参数在运行时是固定不变
的（constantatruntime）,那么就返回非0值,表示这是一个常量.
例如,前面的add函数可以在进一步优化：
#defineadd（a,ptr,type）\
（__extension__\
（__buildtin_constant_p（type）\
?
（（a）+（（type）==0\
*（int*）（ptr）：
*（longint*）（ptr）））\
：
add（a,ptr,type）））
如果第三个参数为constant,那么这个宏将改变add函数的行为；
否则
就调用真正的add函数.这样尽量在编译时计算,从而提高了效率.
2.5type-genericmacro
有时侯我们希望宏对不同的参数数据类型,能正确处理不同数据类型并表现
相同的行为,可以借助__typeof__
例如前面的scale
#definetgscale（result,a,b,c）\
__externsion____typeof__（（a）+（b）+（c））c__=（c）；
这里,c__自动拥有返回值类型,而不是前面固定写的int类型.
__typeof__（o）定义了与o相同的类型.
__typeof__的另外一个用途：
被ISOC9x用于tgmath中,从而
实现一些对任意数据类型（包括复数）都适用的数学函数.
错误示例：
#definesin（val）\
（sizeof（__real__（val））sizeof（double）?
（sizeof（__real__（val））==sizeof（val）?
sinl（val）：
csinl（val））\
（sizeof（__real__（val））==sizeof（double）?
sin（val）：
csin（val））\
sinf（val）：
csinf（val））））
上面这个宏的意思是：
如果val是虚数（即sizeof（__real__（val））！
=sizeof（val））,
那么对val调用csinl,csin和csinf
如果val是实数,且比double精度高,即
sizeof（__real__（val））sizeof（double））,那么对val调
用sinl,就longdouble,否则调用sin或者sinf.
sinl：
相当于sin（longdouble）
sin：
相当于sin（double）
sinf：
相当于sin（float）
csin：
对应的复数sin函数
但是这个宏是有错误的,由于整个宏是一个表达式,表达式是有静态
的类型的,能代表该表达式的数据类型必须有足够的精度来表示各种值,
所以这个表达式的最终数据类型就是complelongdouble,这并不是我们
期望的.
正确的实现方法是：
（{__typeof__（val）__tgmres；
if（sizeof（__real__（val））sizeof（double））\
if（sizeof（__real__（val））==sizeof（val））\
__tgmres=sinl（val）；
else\
__tgmres=csinl（val）；
elseif（sizeof（__real__（val））==sizeof（double））\
__tgmres=sin（val）；
__tgmres=csin（val）；
__tgmres=sinf（val）；
__tgmres=csinf（val）；
__tgmres；
}））
上面对__tgmres赋值的6个分支中,真正会执行的那个分支是不存在精度
损失的；
其他分支都会作为deadcode被编译器优化掉
3.helpthecompiler
GNUC编译器提供一些扩展来更清晰的描述程序,从而帮助编译器生成代码.
3.1不返回的函数（FunctionsofNoReturn）
大项目一般都至少有一个用于严重错误处理的函数,这个函数体面的结束应用
程序.这个函数一般情况下不会被编译器优化,因为编译器不知道它不返回.
voidfatal（.）__attribute__（（__noreturn__））；
voidfatal（.）
//printsomemessageexit
（1）；
//applicationcode
if（d==0）
fatal（.）；
elsea=b/d；
函数fatal保证不会返回,exit函数也不返回.因此可以在
函数原型上加上__attribute__（（__noreturn__））.
如果没有noreturn的标记,gcc会把上面的代码翻译成
下面的形式（伪代码）：
1）comparedwithzero2）ifnotzerojumpto5）
3）callfatal4）jumpto6）
5）computeb/dandassigntoa
6）.
如果有noreturn标记,gcc可以优化代码,省略4）.对应
的源代码为
a=b/d；
3.2常值函数（constantvaluefunctions）
有些函数的值仅仅取决于传入的参数,这种函数没有副作用,我们称之
为purefunction.对于相同的参数,这种函数有相同的返回值.
举例说明：
htons函数要么返回参数（如果是big-endian计算机）,要么
交换字节顺序（如果计算机是little-endian）.这个函数没有副作用,是
一个purefunction.那么下面的代码可以被优化：
shortintserver=.
while
（1）
structsockaddr_ins_in；
memset（&
s_in,0,sizeofs_in）；
s_in.sin_port=htons（serv）；
优化后的结果为：
serv=htons（serv）；
s_in.sin_port=serv；
从而减少循环中执行的代码,节省CPU.
但是编译器并无法知道函数是否是purefunction.我们必须给
purefunction显著的标记：
externuint16_thtons（uint16_t__x）__attribute__（（__const__））；
__const__可以用来标记purefunction.
3.3DifferentCallingConventions
每种平台都支持特定的callingconventions以便由不同语言和编译器写的
程序/库能够一起工作.
但是,有时侯在某些平台上,编译器支持一种更高效的callingconvention.
在项目内部使用这种callingconvention不会影响系统的其他部分.
尤其是在Intelia32平台上,编译器支持多种不同于标准Unixx86的callingconvention,这有时侯会大大提高程序速度.GNUC编译器手册有更详细解释.
本节只讨论x86平台.
改变函数的callingconvention的两个办法：
1）命令行选项（commandlineoption）：
这种方法不安全,所有函数（包括
exportedfunction）都受到影响
2）对单个函数设置functionattribute.
3.3.1__stdcall__
一般情况下,函数参数是通过栈来传递的,因此需要在某个位置调整栈指针.
ia32unix平台上标准的callingconvention是让调用方（caller）调整栈
指针；
因此可以延迟调整操作,一次同时调整多个函数的栈指针.
如果函数被标记为__stdcall__,这意味这个函数自己调整栈指针.在ia32
平台上,这不算是坏注意,因为ia32体系结构提供一个指令,能同时从函数
调用返回并调整栈指针.
示例：
int__attribute__（（__stdcall__））
add（inta,intb）
returna+b；
intfoo（inta）
returnadd（a,42）；
intbar（void）
returnfoo（100）；
上面的代码翻译成汇编大致如下：
8add：
900008B442408movl8（%esp）,%eax10000403442404addl4（%esp）,%eax110008C20800ret
17foo：
1800106A2Apushl190012FF742408pushl8（%esp）
200016E8E5FFFFcalladd20FF21001bC3ret
27bar：
2800206A64pushl0290022E8E9FFFFcallfoo29FF30002783C404addl,%esp31002aC3ret
从上面的例子可以看出,add函数被标记为__stdcall__,foo
函数在调用add后直接返回,不需要调整栈指针,因为add函数
已经调整来指针（ret指令完成返回和调整指针操作）；
而
bar函数调用foo函数,调用结束后必须调整栈指针.
由此可见,使用__stdcall__是有好处的；
但是,现代编译器都已经
很智能,能作到一次性为多个函数调用调整栈指针,从而使得生成的
代码更少速度更快.此外,以后的发展可能会出现更快的调用方式,
所以使用__stdcall__必须非常谨慎.
3.3.2__regparm____regparm__只能在ia32平台上使用,它能指明有多少个（最多3个）整数
和指针参数是通过寄存器来传递的,而不是通过栈传递.当函数体比较
短小,而且参数立刻就能使用时,这种方式效果很显著.
假设有下面的例子：
int__attribute__（（__regparm__（3）））
{returna+b；
}
经过编译优化后,生成的代码时
9000001D0addl%edx,%eax100002C3ret
这个代码比起3.3.1中add的代码更高效.用寄存器传参数总是
很快.
3.4SiblingCalls
经常有这样的代码：
一个函数最后结束时是在调用另外一个函数.这种
情况下生成的伪代码如下：
//thisisinfunctionf1ncallfunctionf2n+1executecodeoff2n+2getreturnaddressfromcallinf1n+3jumpbackintofunctionf1n+4optionallyadjuststackpinterfromcalltof2n+5getreturnaddressfromcalltof1n+6jumpbacktocalleroff1
经过优化,f1在调用f2结束后可以直接返回.
3.5使用gotogoto有时侯提高效率
4.了解库（KnowingtheLibraries）
4.1strcpyvs.memcpystrcpy：
两个参数src和dest,逐个byte拷贝
memcpy：
三个参数,src,dest和size,按word拷贝
strncpy：
3个参数：
src,dest和length
退出条件：
遇到NUL字符或达到拷贝长度
逐个检查byte是否为NUL
追加NUL字符
非gcc内部函数
3个参数
达到拷贝长度
按word检查长度
不必追加NUL字符
gcc内部函数,特殊优化
类似的,mem*和对应的str*函数都存在差别.
mem*函数参数多些,一般情况下这不是问题,可以通过寄存器传参数；
但是当函数被inline的时候,寄存器可能不够,生成的代码可能稍微
复杂一些.
建议如下：
*尽量别使用strncpy,而使用strcpy
*如果要拷贝的字符串很短,用strcpy
*如果字符串可能很长,用memcpy4.2strcat和strncat
关于字符串操作的一个金口玉言（goldrule）是：
绝对不要使用strcat和strncat.
要使用这两个函数,必须知道长度,并准备足够的空间.定型
代码如下：
char*buf=.；
size_tbufmax=.；
if（strlen（buf）+strlen（s）+1bufmax）
buf=（char*）realloc（buf,（bufmax*=2））；
strcat（buf,s）；
上面的代码中,已经调用了strlen,strcat中会重复执行strlen
操作,因此更高效的作法是：
size_tslen；
size_tbuflen；
slen=strlen（s）+1；
buflen=strlen（buf）；
if（buflen+slenbufmax）
memcpy（buf+buflen,s,slen）；
4.3内存分配
malloc和calloc：
分配堆内存.
alloca分配栈内存.
malloc的实现：
从内核申请内存,可能会调用sbrk系统调用；
在某些系统上
如果申请的内存很多,可能会调用mmap来分配内存.malloc的内部实现会用
相关的数据结构来管理好申请内存,以便释放或者重新申请.因此调用malloc
的代价并不低.
alloca的实现相对简单得多,起码编译器能直接把它作为inline来编译,
alloca只是简单修改一下栈指针就可以了.而且,调用alloca后不需要调用
free函数来释放内存.free函数的代价也是不小的.
但是,alloca申请的内存只能用在当前函数中,而且alloca不适合用来申请
大量内存,很多平台系统出于安全考虑对栈的大小有限制.malloc的实现和
内核相关,能更好的处理大内存申请.
alloca总是成功的,因为它只是执行修改栈指针操作而已.因此alloca非常
适合在函数内部申请局部使用的内存,不比检查申请释放成功,也不必调用
free来释放内存,不仅提高性能还简化来代码.
示例如下：
inttmpcopy（constint*a,inta）
升级会员 