代码执行的效率
代码执行的效率
在《性能调优攻略》里，我说过，要调优性须要找到程序中的Hotspot，也就是被调用最多的地方，这种地方，只要你能优化一点点，你的性能就会有质的提升。在这里我给你们举三个关于代码执行效率的例子（它们都来自于网上）php
第一个例子
PHP中Getter和Setter的效率（来源reddit）html
这个例子比较简单，你能够跳过。python
考虑下面的PHP代码：咱们可看到，使用Getter/Setter的方式，性能要比直接读写成员变量要差一倍以上。git
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
|
<?php
//dog_naive.php
class
dog {
public
$name
=
""
;
public
function
setName(
$name
) {
$this
->name =
$name
;
}
public
function
getName() {
return
$this
->name;
}
}
$rover
=
new
dog();
//经过Getter/Setter方式
for
(
$x
=0;
$x
<10;
$x
++) {
$t
= microtime(true);
for
(
$i
=0;
$i
<1000000;
$i
++) {
$rover
->setName(
"rover"
);
$n
=
$rover
->getName();
}
echo
microtime(true) -
$t
;
echo
"\n"
;
}
//直接存取变量方式
for
(
$x
=0;
$x
<10;
$x
++) {
$t
= microtime(true);
for
(
$i
=0;
$i
<1000000;
$i
++) {
$rover
->name =
"rover"
;
$n
=
$rover
->name;
}
echo
microtime(true) -
$t
;
echo
"\n"
;
}
?>
|
这个并无什么稀，由于有函数调用的开销，函数调用须要压栈出栈，须要传值，有时还要须要中断，要干的事太多了。因此，代码多了，效率天然就慢了。全部的语言都这个德行，这就是为何C++要引入inline的缘由。并且Java在打开优化的时候也能够优化之。可是对于动态语言来讲，这个事就变得有点困难了。github
你可能会觉得使用下面的代码（Magic Function）会好一些，但实际其性能更差。shell
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
class
dog {
private
$_name
=
""
;
function
__set(
$property
,
$value
) {
if
(
$property
==
'name'
)
$this
->_name =
$value
;
}
function
__get(
$property
) {
if
(
$property
==
'name'
)
return
$this
->_name;
}
}
|
动态语言的效率历来都是一个问题，若是你须要PHP有更好的性能，你可能须要使用FaceBook的HipHop来把PHP编译成C语言。数组
第二个例子
为何Python程序在函数内执行得更快？（来源StackOverflow）bash
考虑下面的代码，一个在函数体内，一个是全局的代码。dom
函数内的代码执行效率为 1.8s函数
|
1
2
3
4
|
def
main():
for
i
in
xrange
(
10
*
*
8
):
pass
main()
|
函数体外的代码执行效率为 4.5s
|
1
2
|
for
i
in
xrange
(
10
*
*
8
):
pass
|
不用太纠结时间，只是一个示例，咱们能够看到效率查得不少。为何会这样呢？咱们使用 dis module 反汇编函数体内的bytecode 代码，使用 compile builtin 反汇编全局bytecode，咱们能够看到下面的反汇编（注意我高亮的地方）
|
1
2
3
|
13 FOR_ITER 6 (to 22)
16 STORE_FAST 1 (i)
19 JUMP_ABSOLUTE 13
|
|
1
2
3
|
13 FOR_ITER 6 (to 22)
16 STORE_NAME 1 (i)
19 JUMP_ABSOLUTE 13
|
咱们能够看到，差异就是 STORE_FAST 和 STORE_NAME，前者比后者快不少。因此，在全局代码中，变量i成了一个全局变量，而函数中的i是放在本地变量表中，因此在全局变量表中查找变量就慢不少。若是你在main函数中声明global i 那么效率也就下来了。缘由是，本地变量是存在一个数组中（直到），用一个整型常量去访问，而全局变量存在一个dictionary中，查询很慢。
（注：在C/C++中，这个不是一个问题）
第三个例子
为何排好序的数据在遍历时会更快？（来源StackOverflow）
参看以下C/C++的代码：
|
1
2
3
4
5
6
7
|
for
(unsigned i = 0; i < 100000; ++i) {
// primary loop
for
(unsigned j = 0; j < arraySize; ++j) {
if
(data[j] >= 128)
sum += data[j];
}
}
|
若是你的data数组是排好序的，那么性能是1.93s，若是没有排序，性能为11.54秒。差5倍多。不管是C/C++/Java，或是别的什么语言都基本上同样。
这个问题的缘由是—— branch prediction （分支预判）伟大的stackoverflow给了一个很是不错的解释。
考虑咱们一个铁路分叉，当咱们的列车来的时候， 扳道员知道分个分叉通往哪，但不知道这个列车要去哪儿，司机知道要去哪，可是不知道走哪条分叉。因此，咱们须要让列车停下来，而后司机和扳道员沟通一下。这样的性能太差了。
因此，咱们能够优化一下，那就是猜，咱们至少有50%的几率猜对，若是猜对了，火车行驶性能巨高，猜错了，就得让火车退回来。若是我猜对的几率高，那么，咱们的性能就会高，不然总是猜错了，性能就不好。
Image by Mecanismo, from Wikimedia Commons:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Entroncamento_do_Transpraia.JPG
咱们的if-else 就像这个铁路分叉同样，下面红箭头所指的就是搬道器。
那么，咱们的搬道器是怎么预判的呢？就是使用过去的历史数据，若是历史数据有90%以上的走左边，那么就走左边。因此，咱们排好序的数据就更容易猜得对。
|
1
2
3
4
5
6
7
|
T = 走分支（条件表达式为
true
）
N = 不走分支(条件表达式为
false
)
data[] = 0, 1, 2, 3, 4, ... 126, 127, 128, 129, 130, ... 250, 251, 252, ...
branch = N N N N N ... N N T T T ... T T T ...
= NNNNNNNNNNNN ... NNNNNNNTTTTTTTTT ... TTTTTTTTTT (easy to predict)
|
|
1
2
3
4
|
data[] = 226, 185, 125, 158, 198, 144, 217, 79, 202, 118, 14, 150, 177, 182, 133, ...
branch = T, T, N, T, T, T, T, N, T, N, N, T, T, T, N ...
= TTNTTTTNTNNTTTN ... (completely random - hard to predict)
|
从上面咱们能够看到，排好序的数据更容易预测分支。
对此，那咱们怎么办？咱们须要在这种循环中除去if-else语句。好比：
咱们把条件语句：
|
1
2
|
if
(data[j] >= 128)
sum += data[j];
|
变成：
|
1
2
|
int
t = (data[j] - 128) >> 31;
sum += ~t & data[j];
|
“没有分叉”的性能基本上和“排好序有分支”一个样，不管是C/C++，仍是Java。
注：在GCC下，若是你使用
-O3or-ftree-vectorize编译参数，GCC会帮你优化分叉语句为无分叉语句。VC++2010没有这个功能。
最后，推荐你们一个网站——Google Speed，网站上的有一些教程告诉你如何写出更快的Web程序。
（全文完）