C++之那些年踩过的坑（附录一）

作者：刘俊延（Alinshans）

本系列文章针对我在写C++代码的过程中，尤其是做自己的项目时，踩过的各种坑。以此作为给自己的警惕。

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本来上个月就开始动笔了，直到现在才发出来，实在太多事情。可能有些小朋友不知道写这一篇随笔的起因，那么你可以看一下我之前写的。

上一篇的最后，我提到了一个问题：代码优化。并留了一个小测试：无符号数与有符号数的性能比较。不知道有没有人去实验。我做了一个简单的测试：

#include <iostream>

#include <chrono>

int main()

{

  /*unsigned */int a = ;

  auto t1 = std::chrono::system_clock::now();

  for (int i = ; i < ; ++i)

  {

    a += ;

    a -= ;

    a *= ;

    a /= ;

  }

  auto t2 = std::chrono::system_clock::now();

  auto runtime = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(t2 - t1);

  std::cout << "a = " << a <<"\n";

  std::cout << runtime.count() << "ns";

}

在上述代码在 VS 的 Debug 模式下运行（Release就优化掉了），稳定后运行时间在 2800ns，然后把注释去掉，再次运行，稳定后运行时间还是 2800ns。在我在电脑上，计算有符号类型和无符号类型几乎是没有差别的，我相信在绝大多数的电脑上也是相同的结果。

类似的还有浮点数的计算比整型数慢？对于这个问题，可以看一下这个问题：https://www.zhihu.com/question/26494062 。

首先我要声明：我不是反对代码优化。对于有很多流传广泛的所谓的优化技巧，我觉得我们应该应该抱着学习探索的心态，而不是一味地追求一些没有什么意义的东西。有些优化，确实很精妙。但很多所谓的技巧，看起来的意思就是：做编译器的那群人都是傻逼。想优化我们的程序，这是正常的、应该的想法，但我们应该用科学的方法，而不是听了一些奇淫技巧，却不知道里面发生了什么。

其实很简单，探究性能瓶颈靠 profiling，探究代码背后的不为人知的故事看 assembly。我们先讲后面一个。

我想大多数人还是在 Windows 下编程，所以用的肯定也是宇宙最强 IDE VS。在 VS 下看汇编很简单，随便设置一个断点，然后按调试下面的开始调试，然后在打开在调试下的窗口找到反汇编，就可以看了。比如我们研究有符号数和无符号数，先写一个程序：

int main()

{

  /*unsigned */int a = ;

  a = a / ;

  std::cout << a;

}

然后按照刚刚的方法（在 Debug 下）看反汇编：

  /*unsigned */int a = ;

00B4104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h

  a = a / ;

00B41055  mov         eax,dword ptr [a]

00B41058  cdq

00B41059  mov         ecx,0Dh

00B4105E  idiv        eax,ecx

00B41060  mov         dword ptr [a],eax

然后在把注释去掉试试：

  unsigned int a = ;

00C3104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h

  a = a / ;

00C31055  mov         eax,dword ptr [a]

00C31058  xor         edx,edx

00C3105A  mov         ecx,0Dh

00C3105F  div         eax,ecx

00C31061  mov         dword ptr [a],eax

几乎是一模一样的，最大的差别就是有符号数使用 idiv指令（带符号除法），无符号数使用 div指令（不带符号除法），而这两种指令，CPU周期都是一样的。http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf。

当然我不是说不用无符号数，而是说我们用什么要看场合，而不是你觉得用了性能更好，除非是被大众认可的或者你经过严谨的测试的。像对于某些书籍或者什么地方说，只要确定范围不为负数的，就用无符号类型，我是不认可的。如果你讲范围，那如果一个有符号类型不够用，那么通常（相同bit下）它对应的无符号类型也不够用。比如你 int32_t 不够用，就应该用 int64_t，如果还不够，考虑写个 BigInteger类吧 :) 。不过对于无符号和有符号类型，它们之间的性能在当代确实是几乎没有什么差别。那具体什么场合用什么呢？这个也不一定，比如一般来说：

对于位储存、位运算、模运算等，使用无符号类型
对于一般运算使用有符号类型

其实我对于无符号有符号是觉得很那个什么的。。平时我们说一个数，要么就是整数，要么就是小数得了，还要去分有没有符号那真的是。不过因为是 C++ 所以也就没什么奇怪的了。

好像有点偏离我想说的主题了（拽回来

我并不是想专门讲这个什么有符号无符号，而是想借这个题引出（我的）一些看法：

过早的优化是万恶之源
不要试图帮编译器优化
优化时不要去猜测，想当然得去优化自己“觉得”性能差的地方
探究性能的瓶颈靠 profiling

我们一点一点讲。

对于一个需求，我们应该先完成功能，若性能达不到要求之后，在确定瓶颈之后再去优化。过早优化，不仅让代码不直接，还容易出bug，还可能对性能几乎没有影响。而且，我们优化时，应该关注大方向，确定大方向是正确的。比如写一个算法，我们首先应该确保 Big-O 的时间复杂度能达标，可以用 O(n) 的就不用 O(nlogn)，可以用 O(nlogn) 的就不用 O(n²)，而不是先在那里扣 i++ 还是 ++i。另外，不要想着去帮编译器优化，因为编译器是一堆比你强不知道多少的人写出来的，而对于一般人，想着去帮编译器优化，大部分是无效的，少部分是错的。比如有人学了一点点 std::move，就老是想着 move move move 去提高性能，举个栗子，（不同的）容易写出这样的代码：

template <typename T>

T create()

{

  auto object = new T();

  return std::move(object);

}

确实运行不会错，但是，代码背后做的事情不一定就跟你想的一样，往往跟你想象的还不一样。有些情况编译器可以采用更好的办法，结果因为你那么一搞，迫不得已只能采用次一点的办法。可以看看这个问题，不赘述了。
还有比如说用异或来交换两个变量，有人就会想，用位运算，不仅不需要创建临时变量，而且位运算一般不是更快嘛！对于这个问题，陈硕大大早有讲到，在 https://cloud.github.com/downloads/chenshuo/documents/CppPractice.pdf 的第 9 章。要是没有看过的劳烦读者自行前往。

如果你已经看了上面的链接，那么你也就知道了，你（几乎）不会知道编译器做了什么，编译器可以做的优化超出你的想象（不过有的时候人能明显看出来的优化编译器却做不到，但影响不大），在我的系列文章（二）中也反复强调了，不要试图帮助编译器去优化。若你想探究一小段代码背后的细节，就去看反汇编吧！

然后关于探究性能瓶颈，我还是想贴上一个回答：https://www.zhihu.com/question/56727144/answer/150555866

最后我希望我放的链接都有认真看呀！为什么我贴那么多链接呢？因为我说的话没有权威没人信啊！大神说的总有一点参考价值了吧！（

好了，暂时写那么多先。

才学疏浅，如有不当地方还请海涵，感谢指点！