C语言中对于循环结构优化的一些入门级方法简介

2024-04-25 12:13:37

一.代码移动

将在循环里面多次计算，但是结果不会改变的计算，移到循环外面去。

例子：

优化前：

void lower1(char *s){
int i;
for(i=0;i<strlen(s);++i)
   if(s[i]>='A'&&s[i]<='Z')
    s[i]-=('A'-'a');
}
优化后：
void lower2(char *s){
int i;
int len=strlen(s);
for(int i=0;i<len;++i)
  if(s[i]>='A'&&s[i]<='Z')
    s[i]-=('A'-'a');
}

优化前的版本，由于每次循环都要调用strlen计算s的长度，实际上的复杂度成了O（n2)了，而优化后的版本只需计算一次s的长度，因此性能上比优化前版本要好。

二.减少函数调用

例子：

优化前：

void sum1(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
*dest=0;
for(i=0;i<len;++i){
  data_t val;
  get_vec_element(v,i,&val);
  *dest+=val;
}
}

优化后：

data_t get_vec_start(vec_ptr v){
return v->data;
}

void sum2(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
data_t *data=get_vec_start(v);
*dest=0;
for(i=0;i<len;++i)
  *dest+=data[i];
}

优化前的版本在每次循环中都要调用一次get_vec_element获得相应的项，而优化后的版本只需在循环外调用一次get_vec_start获得开始的内存地址，循环内直接访问内存，无需调用函数。

三.减少内存访问

例子：

优化前：

void sum2(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
data_t *data=get_vec_start(v);
*dest=0;
for(i=0;i<len;++i)
  *dest+=data[i];
}

优化后：

void sum3(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
data_t *data=get_vec_start(v);
data_t acc=0;
for(i=0;i<len;++i)
　　acc+=data[i];
*dest=acc;
}

优化前的版本每次迭代都要从dest读出值再加上data[i]，再将结果写回dest。这样的读写很浪费，因此每次迭代开始从dest读出的值就是上次迭代写回dest的指。优化后的版本通过加入acc临时变量，它循环中累积计算出的结果，循环结束后再写回。

这里给出两个版本相应的汇编结果就可以很清楚看出区别：

优化前：

第二行和第四行分别对dest进行了读写。

优化后：

从汇编结果可以看出编译器将acc直接放在了寄存器里，循环中无需对内存进行读写。

四.循环展开

循环展开可以减少循环的次数，对程序的性能带了两方面的提高。一是减少了对循环没有直接贡献的计算，比如循环计数变量的计算，分支跳转指令的执行等。二是提供了进一步利用机器特性进行的优化的机会。

例子：

优化前的代码见前一篇博客里的sum3.

优化后：

void sum4(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
int limit=len-3;
data_t *data=get_vec_start(v);
data_t acc=0;
for(i=0;i<limit;i+=4){
  acc=acc+data[i]+data[i+1];
  acc=acc+data[i+2]+data[i+3];
}
for(;i<len;++i)
  acc+=data[i];

*dest=acc;
}

通过循环展开，每次迭代将累加4个元素，减少了循环次数，从而减少了总的执行时间（单独使用这种优化方法，对浮点数累乘几乎没有提高，但是整数累乘得益于编译器的重关联代码变化会有大幅度提高）。

这种优化可以直接利用编译器完成，将优化level设定到较高，编译器会自动进行循环展开。使用gcc，可以显式使用-funroll-loops选项。

五.提高并行性

现代处理器大多采用了流水线、超标量等技术，可以实现指令级并行。我们可以利用这个特性对代码做进一步的优化。

2.1使用多个累积变量

优化代码示例

void sum5(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
int limit=len-1;
data_t *data=get_vec_start(v);
data_t acc0=0;
data_t acc1=0;
for(i=0;i<limit;i+=2){
  acc0+=data[i];
  acc1+=data[i+1];
}
for(;i<len;++i)
  acc0+=data[i];

*dest=acc0+acc1;
}

这里同时使用了循环展开和使用多个累加变量，一方面减少了循环次数，另一方面指令级并行的特性使得每次迭代的两次加法可以并行执行。基于这两点可以显著减少程序执行的时间。通过增加展开的次数和累加变量的个数，可以进一步提高程序的性能，直到机器指令执行的吞吐量的极限。

2.2重结合变换

除了使用多个累积变量显式利用机器的指令级并行特性外，还可以对运算重新结合变换，打破顺序相关性来享受指令级并行带来的好处。

在sum4中，acc=acc+data[i]+data[i+1]的结合顺序是acc=(acc+data[i])+data[i+1];

我们将之变成acc=acc+(data[i]+data[i+1])；

代码如下：

void sum6(vec_ptr v,data_t *dest){
int i;
int len=vec_length(v);
int limit=len-3;
data_t *data=get_vec_start(v);
data_t acc=0;
for(i=0;i<limit;i+=4){
  acc=acc+(data[i]+data[i+1]);
  acc=acc+(data[i+2]+data[i+3]);
}
for(;i<len;++i)
  acc+=data[i];

*dest=acc;
}

进一步增加循环展开的次数，可以进一步提高程序性能，最终也可以达到机器指令执行的吞吐量的极限。（在循环展示提到的整数乘法的性能提高就在于编译器隐式采取了这种变换，但是由于浮点数不具备结合性，所以编译器没有采用，但是程序员在保证程序结果正确性的情况下，可以显式使用这一点）。

详解C语言三大循环四大跳转和判断语句

三大循环for while 和 do{ }while; 四大跳转 : 无条件跳转语句 go to; 跳出循环语句 break; 继续跳出循环语句 continue; 返回值语句 return 判断语句 if,if else,if else if else if...else ifelse 组合 if(0 == x) if(0 == y) error(): else{ //program code } else到底与那个if配对 C语言有这样的规定: else 始终与同一括号内最近的未匹配的if语
C语言循环队列的表示与实现实例详解

1.概述: C语言的队列(queue),是先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的线性表数据结构.在具体应用中通常用链表或者数组来实现.队列只允许在后端(称为rear)进行插入操作,在前端(称为front)进行删除操作. 循环队列可以更简单的防止伪溢出的发生,但是队列大小是固定的. 2.实例代码: /* 队列的顺序存储结构(循环队列) */ #define MAX_QSIZE 5 /* 最大队列长度+1 */ typedef struct { QElemType *base
使用C语言来解决循环队列问题的方法

题目描述: 大家都知道数据结构里面有一个结构叫做循环队列.顾名思义,这是一个队列,并且是循环的.但是现在,淘气的囧哥给这个循环队列加上了一些规矩,其中有5条指令: (1) Push K, 让元素K进队列. (2) Pop,对头元素出队列. (3) Query K,查找队列中第K个元素,注意K的合法性. (4) Isempty,判断队列是否为空. (5) Isfull,判断队列是否已满. 现在有N行指令,并且告诉你队列大小是M. 输入: 第一行包含两个整数N和M.1<=N,M<=100000.
快速学习C语言中for循环语句的基本使用方法

对于某个特定任务我们可以采用多种方法来编写程序.下面这段代码也可以实现前面的温度转换程序的功能:#include <stdio.h> /*打印华氏温度-摄氏温度对照表*/ main() { int fahr; for (fahr = 0; fahr <= 300; fahr = fahr + 20) printf("%3d %6.1f\n", fahr, (5.0/9.0)*(fahr-32)); } 温度的下限.上限和步长都是常量, printf 函数的第三个参数必
详解数据结构C语言实现之循环队列

本文讲的是循环队列,首先我们必须明白下面几个问题循环队列的基础知识 1.循环队列需要几个参数来确定循环队列需要2个参数,front和rear 2.循环队列各个参数的含义 (1)队列初始化时,front和rear值都为零: (2)当队列不为空时,front指向队列的第一个元素,rear指向队列最后一个元素的下一个位置: (3)当队列为空时,front与rear的值相等,但不一定为零: 3.循环队列入队的伪算法 (1)把值存在rear所在的位置: (2)rear=(rear+1)%maxsize
C语言使用普通循环方法和递归求斐波那契序列示例代码

复制代码代码如下: #include <stdio.h> int fac(int x); int main(void){ int n; scanf("%d", &n); if (n == 1 || n == 2) printf("1\n"); else if (n == 3) printf("2\n"); else { int last = 1;
C语言循环详解及简单代码示例

C 循环有的时候,我们可能需要多次执行同一块代码.一般情况下,语句是按顺序执行的:函数中的第一个语句先执行,接着是第二个语句,依此类推. 编程语言提供了更为复杂执行路径的多种控制结构. 循环语句允许我们多次执行一个语句或语句组,下面是大多数编程语言中循环语句的流程图: 循环类型 C 语言提供了以下几种循环类型.点击链接查看每个类型的细节. 循环类型描述 while 循环当给定条件为真时,重复语句或语句组.它会在执行循环主体之前测试条件. for 循环多次执行一个语句序列,简化管理循环变量
C语言循环结构与时间函数用法实例教程

本文实例展示了C语言循环结构与时间函数用法,对于C语言的学习来说是非常不错的参考借鉴材料.分享给大家供大家参考之用.具体如下: 完整实例代码如下: /********************************************** ** <Beginning C 4th Edition> Notes codes ** Created by Goopand ** Compiler: gcc 4.7.0 *****************************************
C语言单循环链表的表示与实现实例详解

1.概述: 对于一个循环链表来说,其首节点和末节点被连接在一起.这种方式在单向和双向链表中皆可实现.要转换一个循环链表,可以选择开始于任意一个节点然后沿着列表的任一方向直到返回开始的节点.再来看另一种方法,循环链表可以被视为"无头无尾".这种列表很利于节约数据存储缓存, 假定你在一个列表中有一个对象并且希望所有其他对象迭代在一个非特殊的排列下. 指向整个列表的指针可以被称作访问指针. 用单向链表构建的循环链表循环链表中第一个节点之前就是最后一个节点,反之亦然.循环链表的无边界使得在这
C语言中对于循环结构优化的一些入门级方法简介

一.代码移动将在循环里面多次计算,但是结果不会改变的计算,移到循环外面去. 例子: 优化前: void lower1(char *s){ int i; for(i=0;i<strlen(s);++i) if(s[i]>='A'&&s[i]<='Z') s[i]-=('A'-'a'); } 优化后: void lower2(char *s){ int i; int len=strlen(s); for(int i=0;i<len;++i) if(s[i]>='
Go语言中的匿名结构体用法实例

本文实例讲述了Go语言中的匿名结构体用法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: 复制代码代码如下: package main import ( "fmt" ) func main() { var user struct{Name string; Gender int} user.Name = "dotcoo" user.Gender = 1 fmt.Printf("%#v\n",
一文带你熟悉Go语言中的分支结构

目录分支结构 if 单分支 if 双分支 if-else 多分支 if - else if - else 在 if 语句中声明变量 switch 示例 switch 分支当 if 分支使用在 switch 语句中声明变量 fallthrough 小结分支结构分支结构是结构化程序设计中的基础.针对分支结构,Go 提供了两种语句形式,一种是 if,另一种是 switch. if if 语句是 Go 中最常用.最简单的分支控制结构,它分为单分支.双分支以及多分支三种用法.if 语句会根据布尔变
Go 中的循环是如何转为汇编的(方法详解)

本文基于 Go 1.13 版本循环在编程中是一个重要的概念,且易于上手.但是,循环必须被翻译成计算机能理解的底层指令.它的编译方式也会在一定程度上影响到标准库中的其他组件.让我们开始分析循环吧. 循环的汇编代码使用循坏迭代 array , slice , channel ,以下是一个使用循环对 slice 计算总和的例子. func main() { l := []int{9, 45, 23, 67, 78} t := 0 for _, v := range l { t += v } pri
js中的循环方式及各种遍历的方法

目录 for循环 while循环 do-while循环循环的嵌套遍历方法 for - in for - of for循环 1.for有三个表达式:①声明循环变量:②判断循环条件:③更新循环变量:三个表达式之间,用;分割, for循环三个表达式都可以省略,但是两个";"缺一不可. 2.for循环的执行特点:先判断再执行,与while相同 3.for循环三个表达式都可以有多部分组成,第二部分多个判断条件用&& ||连接,
jsp页面中表达式语言中的$符号不起作用的解决方法

今天myeclipse里部署了之前做的一个测试项目,发现jsp里的$符号tomcat启动后页面上显示出来了,百度搜了下别人也有类似的问题出现过.经提醒原来是web.xml配置的version设置的是2.5而我tomcat5启动的.是tomcat的版本低于web的版本,从而导致$符号不能正常使用. 后将tomcat5改用tomcat6.jdk采用1.6 启动spring2.5项目.$显示问题解决. 以下是网上摘录的详细说明: 在jsp页面中用表达式语言中的$符号,如${pageScope.titl
swiper在vue项目中loop循环轮播失效的解决方法

长话短说,在vue(2.5.x)中使用swiper(4.3.3),轮播加了autoplay和loop.observer.observeParents等参数还是很诡异的无法循环轮播: 那么可以这样写代码试试: this.$api.queryImages().then((resp) => { if(resp && resp.data.resultCode == "0"){ this.swiperImgs = resp.data.data; this.$nextTick
vue中v-for循环给标签属性赋值的方法

1.给每个按钮添加class的属性值以及icon图标属性值,通过v-for实现自动添加样式,发现属性值无法显示,切记在属性前加上v-bind <html> <head> <meta charset="utf-8"> <title>v-for在线测试实例</title> <script src="https://cdn.staticfile.org/vue/2.2.2/vue.min.js"> &
swiper在angularjs中使用循环轮播失效的解决方法

bug描述:我在anjularjs 中使用了swiper轮播图,通过动态获取到数据插入swiper-slide中,我在swiper初始化中设置了loop(循环),但是在出现了一点小问题,swiper会失效,划不动,当我设置固定的数据通过ng-src 插入到swiper-silde中,会正常轮播,但是第一张图会出现空白.通过查询了资料,发现swiper和angularjs执行的机制是不同的,swiper的机制是:初始化的时候自动扫描swiper-wrapper类下有多少个swiper-slide类
python中的循环结构问题

目录 python循环结构遍历循环:for 无限循环:while 循环的控制:break和continue Python循环结构:用while循环求1~n的平方和总结 python循环结构 Python中循环结构有两种类型,分别是:for(遍历循环)于while(无限循环),接下来对两种循环类型的使用与注意事项进行介绍. 遍历循环:for for 循环变量 in 遍历结构: # 即逐一取遍历结构中的元素赋值于循环变量语句块遍历结构可以是字符串.文件.range()函数或者其他

C语言中对于循环结构优化的一些入门级方法简介

相关推荐

随机推荐