《提高c++性能的编程技术》读书笔记

一个程序的执行效率是取决于改程序翻译成汇编语言之后的执行的机器指令的条数。而每一个机器指令的执行的周期是一定的。C语言和C++都是高于汇编语言的高级语言，其中，C语言源代码与其相应的机器指不是完全同一的，但是大致是线性的，但是C++语言的源代码与编译代码的开销变化很大的。一条C++指令可能对应于3条汇编指令，而另外的一条可能对应300条。正因为这样，很多时候我们写出来的代码本身就是低效的，这不能全然怪罪于C++语言本身，那么真正的软件的低效又体现在什么地方呢?这本书给了我们答案：软件的效率是由设计的效率以及编码的效率来决定的，其中，设计的效率关乎程序的高层设计，也就是说你要有把握全局的能力，在很大的程度上，这与语言本身并没有关系，无论再怎么高效的语言都弥补不了糟糕的全局设计。同时，书中也在每一点上给了我们实际的建议：

1、c++临时对象

创建对象是一个费时，费空间的操作，会产生临时对象的几种情况：

1）以值的方式给函数传参
按值传递时，首先将需要传给函数的参数，调用拷贝构造函数创建一个副本，所有在函数里的操作都是针对这个副本的，也正是因为这个原因，在函数体里对该副本进行任何操作，都不会影响原参数。

指导原则：在传递函数参数时，选择以常量引用的方式，而不是传值方式。

2）类型转换
我们在做类型转换时，转换后的对象通常是一个临时对象。

构造函数应该避免隐式类型转换，会隐含产生临时变量。用explicit constructor代替隐式转换。

3）函数需要返回一个对象时
当函数需要返回一个对象，他会在栈中创建一个临时对象，存储函数的返回值。

4）对于大部分容器（包括链表）而言，调用容器的end()函数将返回一个临时对象，并且这个对象需要被构造和析构。由于这个临时对象的值在循环中是不会改变的，因此如果在每次循环迭代中都重新计算，将会导致不必要的开销，实际上这个临时对象只需计算一次，将其保存到局部对象当中即可。

5）使用后置++时会产生临时对象，应多使用前置++。

2、重载、覆盖和隐藏

1）对函数f()进行重载（overload）是指，在相同作用域中定义另一个相同名字的函数，并且与f()有着不同的参数类型、顺序或数目。
2）对虚函数f()进行覆盖（override）是指，在派生类中定义一个相同名字的函数，并且这个函数的参数列表与f()相同。
3）对外层作用域（基类、外部类或名字空间）中的函数f()进行隐藏（hide）是指，在内层作用域中（派生类、嵌套类或嵌套名字空间）定义另一个相同名字的函数，这将隐藏定义在外层作用域中的同名函数。

3、虚函数（模板对继承的优势）

利用好虚函数的优点：动态绑定，以及节省代码。尽量避免虚函数带来的开销。

1）虚函数的开销可分为三种：

必须在构造函数内初始化vptr：这个相当于是在不使用虚函数的类中内置一个type变量的开销，是值得的，不讨论。
需要使用指针间接跳转：相当于在switch中通过type来调用相应版本函数的开销，不讨论。
虚函数不能内联：这个是关注点。

2）方案1：不继承

不继承的话就是将各子类独立出来，缺点是在代码中会充斥大量的switch，非常没有灵活性，排除。

3）方案2：继承

继承的缺点如3.2.1所述，成员函数无法内联，尤其是非常短小使用频繁的函数，会增加大量开销。

4）方案3：模板

使用模板来实现隐式接口：

4、内存池

内存池(Memory Pool)是一种内存分配方式。通常我们习惯直接使用new、malloc等API申请分配内存，这样做的缺点在于：由于所申请内存块的大小不定，当频繁使用时会造成大量的内存碎片并进而降低性能。

内存池则是在真正使用内存之前，先申请分配一定数量的、大小相等(一般情况下)的内存块留作备用。当有新的内存需求时，就从内存池中分出一部分内存块，若内存块不够再继续申请新的内存。这样做的一个显著优点是尽量避免了内存碎片，使得内存分配效率得到提升。

5、内联

内联是用方法的代码来替换对方法的调用。内联通过消除调用开销来提升性能，并且允许进行调用间优化。内联的主要作用是对运行时间进行优化，当然他也可以使可执行映像变得更小。总结如下：

内联提升性能的两个方面：
1）调用间优化
调用间优化是面向某一方法的调用过程，基于对上下文场景更加全面的理解，使得编译器在源代码层面及机器代码层面对方法进行优化。这种优化的一般形式为：在编译期间进行一部分预处理，避免在运行时重复类似过程。
2）避免开销大的方法调用

内联缺点：1）代码膨胀。2）有些方法本身应避免内联，如递归。如果将递归函数A内联，编译器将不断循环尝试将A方法插入到A方法中，形成死循环。