本文以C/C++程序為例講述了程序運行效率的10個簡單方法，分享給大家供大家參考之用。具體分析如下：

對于每一個程序員來說，程序的運行效率都是一個值得重視，并為之付出努力的問題。但是程序性能的優(yōu)化也是一門復(fù)雜的學(xué)問，需要很多的知識，然而并不是每個程序員都具備這樣的知識，而且論述如何優(yōu)化程序提高程序運行效率的書籍也很少。但是這并不等于我們可以忽略程序的運行效率，下面就介紹一下本人積累的一些簡單實用的提高程序運行效率的方法，希望對大家有所幫助。

一、盡量減少值傳遞，多用引用來傳遞參數(shù)。
至于其中的原因，相信大家也很清楚，如果參數(shù)是int等語言自定義的類型可能能性能的影響還不是很大，但是如果參數(shù)是一個類的對象，那么其效率問題就不言而喻了。例如一個判斷兩個字符串是否相等的函數(shù)，其聲明如下：

bool Compare（string s1, string s2)
bool Compare(string *s1, string *s2)
bool Compare(string &s1, string &s2)
bool Compare(const string &s1, const string &s2)

其中若使用第一個函數(shù)（值傳遞），則在參數(shù)傳遞和函數(shù)返回時，需要調(diào)用string的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)兩次（即共多調(diào)用了四個函數(shù)），而其他的三個函數(shù)（指針傳遞和引用傳遞）則不需要調(diào)用這四個函數(shù)。因為指針和引用都不會創(chuàng)建新的對象。如果一個構(gòu)造一個對象和析構(gòu)一個對象的開銷是龐大的，這就是會效率造成一定的影響。

然而在很多人的眼中，指針是一個惡夢，使用指針就意味著錯誤，那么就使用引用吧！它與使用普通值傳遞一樣方便直觀，同時具有指針傳遞的高效和能力。因為引用是一個變量的別名，對其操作等同于對實際對象操作，所以當你確定在你的函數(shù)是不會或不需要變量參數(shù)的值時，就大膽地在聲明的前面加上一個const吧，就如最后的一個函數(shù)聲明一樣。

同時加上一個const還有一個好處，就是可以對常量進行引用，若不加上const修飾符，引用是不能引用常量的。

二、++i和i++引申出的效率問題

看了上面的第一點，你可能覺得，那不就是多調(diào)用了四個函數(shù)而已，你可能對此不屑一顧。那么來看看下面的例子，應(yīng)該會讓你大吃一驚。

至于整型變量的前加和后加的區(qū)別相信大家也是很清楚的。然而在這里我想跟大家談的卻是C++類的運算符重載，為了與整形變量的用法一致，在C++中重載運算符++時一般都會把前加和后加都重載。你可能會說，你在代碼中不會重載++運算符，但是你敢說你沒有使用過類的++運算符重載嗎？迭代器類你總使用過吧！可能到現(xiàn)在你還不是很懂我在說什么，那么就先看看下面的例子吧，是本人為鏈表寫的一個內(nèi)部迭代器。

_SingleList::Iterator& _SingleList::Iterator::operator++()//前加
{
  pNote = pNote->pNext;
  return *this;
}
_SingleList::Iterator _SingleList::Iterator::operator++(int)//后加
{
  Iterator tmp(*this);
  pNote = pNote->pNext;
  return tmp;
}

從后加的實現(xiàn)方式可以知道，對象利用自己創(chuàng)建一個臨時對象（自己在函數(shù)調(diào)用的一個復(fù)制），然后改變自己的狀態(tài)，并返回這個臨時對象，而前加的實現(xiàn)方式時，直接改變自己的內(nèi)部狀態(tài)，并返回自己的引用。

從第一點的論述可以知道后加實現(xiàn)時會調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，在函數(shù)返回時還要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，而由于前加實現(xiàn)方式直接改變對象的內(nèi)部狀態(tài)，并返回自己的引用，至始至終也沒有創(chuàng)建新的對象，所以也就不會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

然而更加糟糕的是，迭代器通常是用來遍歷容器的，它大多應(yīng)用在循環(huán)中，試想你的鏈表有100個元素，用下面的兩種方式遍歷：

for(_SingleList::Iterator it = list.begin(); it != list.end(); ++it)
{
  //do something
} 

for(_SingleList::Iterator it = list.begin(); it != list.end(); it++)
{
  //do something
} 

如果你的習(xí)慣不好，寫了第二種形式，那么很不幸，做同樣的事情，就是因為一個前加和一個后加的區(qū)別，你就要調(diào)用多200個函數(shù)，其對效率的影響可就不可忽視了。

三、循環(huán)引發(fā)的討論1（循環(huán)內(nèi)定義，還是循環(huán)外定義對象）

請看下面的兩段代碼：

代碼1：

ClassTest CT；
for(int i = 0; i < 100; ++i)
{
  CT = a;
  //do something
}

代碼2：

for(int i = 0; i < 100; ++i)
{
  ClassTest CT = a;
  //do something
}

你會覺得哪段代碼的運行效率較高呢？代碼1科學(xué)家是代碼2？其實這種情況下，哪段代碼的效率更高是不確定的，或者說是由這個類ClassTest本向決定的，分析如下：

對于代碼1：需要調(diào)用ClassTest的構(gòu)造函數(shù)1次，賦值操作函數(shù)（operator=）100次；對于代碼2：需要高用（復(fù)制）構(gòu)造函數(shù)100次，析構(gòu)函數(shù)100次。

如果調(diào)用賦值操作函數(shù)的開銷比調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的總開銷小，則第一種效率高，否則第二種的效率高。

四、循環(huán)引發(fā)的討論2（避免過大的循環(huán)）

現(xiàn)在請看下面的兩段代碼，
代碼1：

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

代碼2：

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

注：這里的fun1()和fun2()是沒有關(guān)聯(lián)的，即兩段代碼所產(chǎn)生的結(jié)果是一樣的。

以代碼的層面上來看，似乎是代碼1的效率更高，因為畢竟代碼1少了n次的自加運算和判斷，畢竟自加運算和判斷也是需要時間的。但是現(xiàn)實真的是這樣嗎？

這就要看fun1和fun2這兩個函數(shù)的規(guī)模（或復(fù)雜性）了，如果這多個函數(shù)的代碼語句很少，則代碼1的運行效率高一些，但是若fun1和fun2的語句有很多，規(guī)模較大，則代碼2的運行效率會比代碼1顯著高得多?？赡苣悴幻靼走@是為什么，要說是為什么這要由計算機的硬件說起。

由于CPU只能從內(nèi)存在讀取數(shù)據(jù)，而CPU的運算速度遠遠大于內(nèi)存，所以為了提高程序的運行速度有效地利用CPU的能力，在內(nèi)存與CPU之間有一個叫Cache的存儲器，它的速度接近CPU。而Cache中的數(shù)據(jù)是從內(nèi)存中加載而來的，這個過程需要訪問內(nèi)存，速度較慢。

這里先說說Cache的設(shè)計原理，就是時間局部性和空間局部性。時間局部性是指如果一個存儲單元被訪問，則可能該單元會很快被再次訪問，這是因為程序存在著循環(huán)?？臻g局部性是指如果一個儲存單元被訪問，則該單元鄰近的單元也可能很快被訪問，這是因為程序中大部分指令是順序存儲、順序執(zhí)行的，數(shù)據(jù)也一般也是以向量、數(shù)組、樹、表等形式簇聚在一起的。

看到這里你可能已經(jīng)明白其中的原因了。沒錯，就是這樣！如果fun1和fun2的代碼量很大，例如都大于Cache的容量，則在代碼1中，就不能充分利用Cache了（由時間局部性和空間局部性可知），因為每循環(huán)一次，都要把Cache中的內(nèi)容踢出，重新從內(nèi)存中加載另一個函數(shù)的代碼指令和數(shù)據(jù)，而代碼2則更很好地利用了Cache，利用兩個循環(huán)語句，每個循環(huán)所用到的數(shù)據(jù)幾乎都已加載到Cache中，每次循環(huán)都可從Cache中讀寫數(shù)據(jù)，訪問內(nèi)存較少，速度較快，理論上來說只需要完全踢出fun1的數(shù)據(jù)1次即可。

五、局部變量VS靜態(tài)變量

很多人認為局部變量在使用到時才會在內(nèi)存中分配儲存單元，而靜態(tài)變量在程序的一開始便存在于內(nèi)存中，所以使用靜態(tài)變量的效率應(yīng)該比局部變量高，其實這是一個誤區(qū)，使用局部變量的效率比使用靜態(tài)變量要高。

這是因為局部變量是存在于堆棧中的，對其空間的分配僅僅是修改一次esp寄存器的內(nèi)容即可（即使定義一組局部變量也是修改一次）。而局部變量存在于堆棧中最大的好處是，函數(shù)能重復(fù)使用內(nèi)存，當一個函數(shù)調(diào)用完畢時，退出程序堆棧，內(nèi)存空間被回收，當新的函數(shù)被調(diào)用時，局部變量又可以重新使用相同的地址。當一塊數(shù)據(jù)被反復(fù)讀寫，其數(shù)據(jù)會留在CPU的一級緩存（Cache）中，訪問速度非常快。而靜態(tài)變量卻不存在于堆棧中。

可以說靜態(tài)變量是低效的。

六、避免使用多重繼承

在C++中，支持多繼承，即一個子類可以有多個父類。書上都會跟我們說，多重繼承的復(fù)雜性和使用的困難，并告誡我們不要輕易使用多重繼承。其實多重繼承并不僅僅使程序和代碼變得更加復(fù)雜，還會影響程序的運行效率。

這是因為在C++中每個對象都有一個this指針指向?qū)ο蟊旧?，而C++中類對成員變量的使用是通過this的地址加偏移量來計算的，而在多重繼承的情況下，這個計算會變量更加復(fù)雜，從而降低程序的運行效率。而為了解決二義性，而使用虛基類的多重繼承對效率的影響更為嚴重，因為其繼承關(guān)系更加復(fù)雜和成員變量所屬的父類關(guān)系更加復(fù)雜。

七、盡量少使用dynamic_cast

dynamic_cast的作用是進行指針或引用的類型轉(zhuǎn)換，dynamic_cast的轉(zhuǎn)換需要目標類型和源對象有一定的關(guān)系：繼承關(guān)系。 實現(xiàn)從子類到基類的指針轉(zhuǎn)換，實際上這種轉(zhuǎn)換是非常低效的，對程序的性能影響也比較大，不可大量使用，而且繼承關(guān)系越復(fù)雜，層次越深，其轉(zhuǎn)換時間開銷越大。在程序中應(yīng)該盡量減少使用。

八、減少除法運算的使用

無論是整數(shù)還是浮點數(shù)運算，除法都是一件運算速度很慢的指令，在計算機中實現(xiàn)除法是比較復(fù)雜的。所以要減少除法運算的次數(shù)，下面介紹一些簡單方法來提高效率：
1、通過數(shù)學(xué)的方法，把除法變?yōu)槌朔ㄟ\算，如if(a > b/c),如果a、b、c都是正數(shù)，則可寫成if(a*c > b)
2、讓編譯器有優(yōu)化的余地，如里你要做的運算是int型的n/8的話，寫成（unsigned)n/8有利于編譯器的優(yōu)化。而要讓編譯器有優(yōu)化的余地，則除數(shù)必須為常數(shù)，而這也可以用const修飾一個變量來達到目的。

九、將小粒度函數(shù)聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline）

正如我們所知，調(diào)用函數(shù)是需要保護現(xiàn)場，為局部變量分配內(nèi)存，函數(shù)結(jié)束后還要恢復(fù)現(xiàn)場等開銷，而內(nèi)聯(lián)函數(shù)則是把它的代碼直接寫到調(diào)用函數(shù)處，所以不需要這些開銷，但會使程序的源代碼長度變大。

所以若是小粒度的函數(shù)，如下面的Max函數(shù)，由于不需要調(diào)用普通函數(shù)的開銷，所以可以提高程序的效率。

int Max(int a, int b)
{
  return a>b?a:b;
}

十、多用直接初始化

與直接初始化對應(yīng)的是復(fù)制初始化，什么是直接初始化？什么又是復(fù)制初始化？舉個簡單的例子，

ClassTest ct1;
ClassTest ct2(ct1);  //直接初始化
ClassTest ct3 = ct1;  //復(fù)制初始化

那么直接初始化與復(fù)制初始化又有什么不同呢？直接初始化是直接以一個對象來構(gòu)造另一個對象，如用ct1來構(gòu)造ct2，復(fù)制初始化是先構(gòu)造一個對象，再把另一個對象值復(fù)制給這個對象，如先構(gòu)造一個對象ct3，再把ct1中的成員變量的值復(fù)制給ct3，從這里，可以看出直接初始化的效率更高一點，而且使用直接初始化還是一個好處，就是對于不能進行復(fù)制操作的對象，如流對象，是不能使用賦值初始化的，只能進行直接初始化?？赡芪艺f得不太清楚，那么下面就引用一下經(jīng)典吧！

以下是Primer是的原話：

“當用于類類型對象時，初始化的復(fù)制形式和直接形式有所不同：直接初始化直接調(diào)用與實參匹配的構(gòu)造函數(shù)，復(fù)制初始化總是調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。復(fù)制初始化首先使用指定構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個臨時對象，然后用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將那個臨時對象復(fù)制到正在創(chuàng)建的對象”，還有一段這樣說，“通常直接初始化和復(fù)制初始化僅在低級別優(yōu)化上存在差異，然而，對于不支持復(fù)制的類型，或者使用非explicit構(gòu)造函數(shù)的時候，它們有本質(zhì)區(qū)別：
ifstream file1("filename")://ok:direct initialization
ifstream file2 = "filename";//error:copy constructor is private
”
注：如還對直接初始化和復(fù)制初始化有疑問，可以參考一下前面的一篇文章：
C++直接初始化與復(fù)制初始化的區(qū)別深入解析，里面有有關(guān)直接初始化和復(fù)制初始化的詳細解釋。

補充：

這里只是一點點的建議，雖然說了這么多，但是還是要說一下的就是：要避免不必要的優(yōu)化，避免不成熟的優(yōu)化，不成熟的優(yōu)化的是錯誤的來源，因為編譯器會為你做很多你所不知道的優(yōu)化。

希望本文所述對提高大家C++程序設(shè)計效率能有所幫助。