提高C++程序运行效率的10个简单方法(2)

你会觉得哪段代码的运行效率较高呢？代码1科学家是代码2？其实这种情况下，哪段代码的效率更高是不确定的，或者说是由这个类ClassTest本向决定的，分析如下：

对于代码1：需要调用ClassTest的构造函数1次，赋值操作函数（operator=）100次；对于代码2：需要高用（复制）构造函数100次，析构函数100次。

如果调用赋值操作函数的开销比调用构造函数和析构函数的总开销小，则第一种效率高，否则第二种的效率高。

四、循环引发的讨论2（避免过大的循环）

现在请看下面的两段代码，
代码1：

for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun1();
  fun2();
}

代码2：

for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun1();
}
for(int i = 0; i < n; ++i)
{
  fun2();
}

注：这里的fun1()和fun2()是没有关联的，即两段代码所产生的结果是一样的。

以代码的层面上来看，似乎是代码1的效率更高，因为毕竟代码1少了n次的自加运算和判断，毕竟自加运算和判断也是需要时间的。但是现实真的是这样吗？

这就要看fun1和fun2这两个函数的规模（或复杂性）了，如果这多个函数的代码语句很少，则代码1的运行效率高一些，但是若fun1和fun2的语句有很多，规模较大，则代码2的运行效率会比代码1显著高得多。可能你不明白这是为什么，要说是为什么这要由计算机的硬件说起。

由于CPU只能从内存在读取数据，而CPU的运算速度远远大于内存，所以为了提高程序的运行速度有效地利用CPU的能力，在内存与CPU之间有一个叫Cache的存储器，它的速度接近CPU。而Cache中的数据是从内存中加载而来的，这个过程需要访问内存，速度较慢。

这里先说说Cache的设计原理，就是时间局部性和空间局部性。时间局部性是指如果一个存储单元被访问，则可能该单元会很快被再次访问，这是因为程序存在着循环。空间局部性是指如果一个储存单元被访问，则该单元邻近的单元也可能很快被访问，这是因为程序中大部分指令是顺序存储、顺序执行的，数据也一般也是以向量、数组、树、表等形式簇聚在一起的。

看到这里你可能已经明白其中的原因了。没错，就是这样！如果fun1和fun2的代码量很大，例如都大于Cache的容量，则在代码1中，就不能充分利用Cache了（由时间局部性和空间局部性可知），因为每循环一次，都要把Cache中的内容踢出，重新从内存中加载另一个函数的代码指令和数据，而代码2则更很好地利用了Cache，利用两个循环语句，每个循环所用到的数据几乎都已加载到Cache中，每次循环都可从Cache中读写数据，访问内存较少，速度较快，理论上来说只需要完全踢出fun1的数据1次即可。

五、局部变量VS静态变量

很多人认为局部变量在使用到时才会在内存中分配储存单元，而静态变量在程序的一开始便存在于内存中，所以使用静态变量的效率应该比局部变量高，其实这是一个误区，使用局部变量的效率比使用静态变量要高。

这是因为局部变量是存在于堆栈中的，对其空间的分配仅仅是修改一次esp寄存器的内容即可（即使定义一组局部变量也是修改一次）。而局部变量存在于堆栈中最大的好处是，函数能重复使用内存，当一个函数调用完毕时，退出程序堆栈，内存空间被回收，当新的函数被调用时，局部变量又可以重新使用相同的地址。当一块数据被反复读写，其数据会留在CPU的一级缓存（Cache）中，访问速度非常快。而静态变量却不存在于堆栈中。

可以说静态变量是低效的。

六、避免使用多重继承

在C++中，支持多继承，即一个子类可以有多个父类。书上都会跟我们说，多重继承的复杂性和使用的困难，并告诫我们不要轻易使用多重继承。其实多重继承并不仅仅使程序和代码变得更加复杂，还会影响程序的运行效率。

这是因为在C++中每个对象都有一个this指针指向对象本身，而C++中类对成员变量的使用是通过this的地址加偏移量来计算的，而在多重继承的情况下，这个计算会变量更加复杂，从而降低程序的运行效率。而为了解决二义性，而使用虚基类的多重继承对效率的影响更为严重，因为其继承关系更加复杂和成员变量所属的父类关系更加复杂。

七、尽量少使用dynamic_cast

dynamic_cast的作用是进行指针或引用的类型转换，dynamic_cast的转换需要目标类型和源对象有一定的关系：继承关系。 实现从子类到基类的指针转换，实际上这种转换是非常低效的，对程序的性能影响也比较大，不可大量使用，而且继承关系越复杂，层次越深，其转换时间开销越大。在程序中应该尽量减少使用。

八、减少除法运算的使用