C語言程序優化方法
轉載請註明來源：http://blog.csdn.net/letian0805/article/details/17191797
作爲一個忠實的C語言程序員，經常要因爲各種需要優化程序，比如：內存限制、CPU限制、網絡限制、磁盤空間限制等。最近在優化公司的程序，順便將一些優化心得總結出來和大家分享。
一、GCC自帶的優化選項
gcc 作爲一款著名的C編譯器，自帶了一些優化選項。在gcc參數里加上-On （n爲0、1、2、3、s）就可以開啓gcc的優化選項。
1、-O0
-O0是gcc的默認選項，意思是不做任何優化。這個選項一般用不到，只有一種情況下：我們不希望gcc做任何優化的時候（比如我們的程序用於調試，需要保留調試信息），加上該選項關閉gcc的優化。
2、-O1
-O1允許gcc從運行效率和程序大小上做少量優化，不進行比較耗編譯時間的優化。當程序源碼比較多需要用很長時間來編譯時，如果程序對優化要求不高，可以用該選項。該選項不會展開循環和內聯函數。
3、-O2
-O2允許gcc進行比-O1選項更深一步的優化，進一步減少程序運行效率，但會增加編譯時間。對程序運行效率以及大小都有嚴格要求的可以使用該選項。該選項是推薦選項。
4、-O3
-O3選項會打開所有-O2支持的選項，但-O3更注重優化運行效率，所以該選項會打開-finline-functions，-funswitch-loops以及-fgcse-after-reload 選項，將內聯函數和循環展開，程序大小會有所增加。但該選項可能會因爲循環的展開而導致一些問題，並不推薦對所有程序使用該選項。
測試結果：https://wiki.edubuntu.org/GccOptimizationTests
5、-Os
-Os選項是在-O2的基礎上對程序大小的進一步優化，主要是關閉了-O2中的數據對齊。按理說速度會比-O2慢，但某些情況下速度卻比使用-O2快（內存讀寫速度成爲瓶頸時），比如：程序涉及到大量的內存讀寫，內存對齊後會增加數據量導致運行時間增加。所以，當數據量比較大時，推薦使用該選項。該選項除了取消數據對齊外，還會將部分函數合併爲一個函數（比如該函數是個static函數而且只被調用了一次或者函數功能非常簡單），會去掉沒有被調用到的函數，甚至會去掉一些即使被調用了但基本沒啥用的函數。通過對編譯結果反彙編我們可以看到區別。
二、register關鍵字
register關鍵字的作用是定義一個寄存器變量，對該變量的操作實際上是直接操作了某個寄存器。要注意的是需要有足夠的寄存器，如果寄存器不夠用了，或者被修飾的變量所佔比特數大於CPU的位數時，register關鍵字將失效。那麼register關鍵字將不起作用。register關鍵字一般用於修飾局部變量，因爲局部變量通常要經過壓棧的操作，每次對局部變量的操作都涉及到對內存的操作。使用register關鍵字後，省去了壓棧的操作，節省了操作內存的時間。當函數需要頻繁操作內存時，使用register關鍵字將會節省大量的時間。在優化公司的程序的過程中，通過測試發現使用register關鍵字可以將一個函數的效率提高至少4倍。
三、內聯函數（inline 關鍵字）
普通函數在函數調用時會設計到參數、函數地址的壓棧、出棧操作，入棧、出棧操作就是對內存的操作。如果能減少對內存的操作，程序的效率會有所提升。減少壓棧、出棧操作可以通過使用宏或者內聯函數，但有時候我們需要將函數的參數限定爲某一類型，所以我們會需要檢測參數的類型，而宏有時候會有副作用（典型的例子是MAX宏的參數裏使用了i++之類的），所以這個時候宏就不大適合了，那麼我們就需要用內聯函數。在static（如果有的話）和函數定義之間加入inline關鍵字則是定義了一個內聯函數，內聯函數需要配合gcc編譯器的-finline-functions選項，否則編譯器不會對內聯函數進行展開。
四、減少條件判斷帶來的開銷
CPU會對條件判斷進行預測，如果預測失敗，則會帶來額外的開銷。對於條件與，我們要將判假概率高的條件放在前面；對於條件或，我們要將判真概率高的條件放前面。另外，我們要將執行概率高的分支放到第一個分支的位置。在做這些之前，我們需要對我們寫的程序有充分的瞭解，能夠人爲預測到大概的概率，也可以通過多次的測試來發現程序的運行規律。另外，如果知道條件是取固定的幾個值，最好是選用switch...case而不是if...else。在循環中，最好是將循環因子和 0 比較。
五、手動展開循環
循環中對循環因子的操作（自增、自減、比較）都需要花費一定的時間，減少循環次數可以提高程序的運行效率。當我們害怕編譯器的自動展開帶來的副作用時，我們可以手動展開循環。循環的展開一般適用於循環體比較簡單的情況，若循環體本身就比較複雜，展開會降低代碼的可讀性。
六、減少內存的分配-釋放次數
動態內存的分配開銷比較大，特別是內存碎片比較多的時候。因爲動態分配內存時系統需要遍歷內存鏈表，如果分配的次數比較多，會浪費很多時間。假如程序中分配內存的次數比較多，而且內存大小相差不大，可以將用完的內存用自己實現的棧管理起來，下次分配的時候直接從棧裏獲取內存地址。也就是說：釋放內存的時候不馬上釋放，而是將內存地址壓入棧中，如果超過棧空間，則釋放內存；下次分配內存的時候直接從棧裏獲取內存地址。
七、更細粒度的加鎖
在多線程編程時，難免會需要對某些資源的操作進行加鎖。加鎖時要注意這幾點：1）不要在加鎖後進行睡眠、阻塞等操作。2）不要對整個循環體加鎖。3）當鎖的時間比較長，使用互斥鎖，鎖的時間比較短時用自旋鎖。合理使用鎖，可以提高多線程效率，反之無法體現多線程的優點。
（未完待續）