Dr. Dobb’s Blogger的Walter Bright曾寫(xiě)了一篇博文《Overlooked Essentials For Optimizing Code》，為我們總結了兩個(gè)最容易被人忽略的基本代碼優(yōu)化技術(shù)。酷殼個(gè)人網(wǎng)站版主陳皓對本文進(jìn)行了翻譯，現轉載于此，供大家學(xué)習。全文如下：
我編寫(xiě)程序至今有35年了，我做了很多關(guān)于程序執行速度方面優(yōu)化的工(一個(gè)示例)，我也看過(guò)其它人做的優(yōu)化。我發(fā)現有兩個(gè)最基本的優(yōu)化技術(shù)總是被人所忽略。
注意，這兩個(gè)技術(shù)并不是避免時(shí)機不成熟的優(yōu)化。并不是把冒泡排序變成快速排序（算法優(yōu)化）。也不是語(yǔ)言或是編譯器的優(yōu)化。也不是把 i*4寫(xiě)成i<<2 的優(yōu)化。
這兩個(gè)技術(shù)是：
使用 一個(gè)profiler。
查看程序執行時(shí)的匯編碼。
使用這兩個(gè)技術(shù)的人將會(huì )成功地寫(xiě)出運行快的代碼，不會(huì )使用這兩個(gè)技術(shù)的人則不行。下面讓我為你細細道來(lái)。
使用一個(gè) Profiler
我們知道，程序運行時(shí)的90%的時(shí)間是用在了10%的代碼上。我發(fā)現這并不準確。一次又一次地，我發(fā)現，幾乎所有的程序會(huì )在1%的代碼上花了99%的運行時(shí)間。但是，是哪個(gè)1%？一個(gè)好的Profiler可以告訴你這個(gè)答案。就算我們需要使用100個(gè)小時(shí)在這1%的代碼上進(jìn)行優(yōu)化，也比使用100個(gè)小時(shí)在其它99%的代碼上優(yōu)化產(chǎn)生的效益要高得多得多。
問(wèn)題是什么？人們不用profiler？不是。我工作過(guò)的一個(gè)地方使用了一個(gè)華麗而奢侈的Profiler，但是自從購買(mǎi)這個(gè)Profiler后，它的包裝3年來(lái)還是那么的暫新。為什么人們不用？我真的不知道。有一次，我和我的同事去了一個(gè)負載過(guò)大的交易所，我同事堅持說(shuō)他知道哪里是瓶頸，畢竟，他是一個(gè)很有經(jīng)驗的專(zhuān)家。最終，我把我的Profiler在他的項目上運行了一下，我們發(fā)現那個(gè)瓶頸完全在一個(gè)意想不到的地方。
就像是賽車(chē)一樣。團隊是贏(yíng)在傳感器和日志上，這些東西提供了所有的一切。你可以調整一下賽車(chē)手的褲子以讓其在比賽過(guò)程中更舒服，但是這不會(huì )讓你贏(yíng)得比賽，也不會(huì )讓你更有競爭力。如果你不知道你的速度上不去是因為引擎、排氣裝置、空體動(dòng)力學(xué)、輪胎氣壓，或是賽車(chē)手，那么你將無(wú)法獲勝。編程為什么會(huì )不同呢？只要沒(méi)有測量，你就永遠無(wú)法進(jìn)步。
這個(gè)世界上有太多可以使用的Profiler了。隨便找一個(gè)你就可以看到你的函數的調用層次，調用的次數，以前每條代碼的時(shí)間分解表（甚至可以到匯編級）。我看過(guò)太多的程序員回避使用Profiler，而是把時(shí)間花在那些無(wú)用的，錯誤的方向上的“優(yōu)化”，而被其競爭對手所羞辱。（譯者陳皓注：使用Profiler時(shí)，重點(diǎn)需要關(guān)注：1）花時(shí)間多的函數以?xún)?yōu)化其算法，2）調用次數巨多的函數——如果一個(gè)函數每秒被調用300K次，你只需要優(yōu)化出0.001毫秒，那也是相當大的優(yōu)化。這就是作者所謂的1%的代碼占用了99%的CPU時(shí)間）
查看匯編代碼
幾年前，我有一個(gè)同事，Mary Bailey，她在華盛頓大學(xué)教矯正代數（remedial algebra），有一次，她在黑板上寫(xiě)下：
x + 3 = 5
然后問(wèn)他的學(xué)生“求解x”，然后學(xué)生們不知道答案。于是她寫(xiě)下：
__ + 3 = 5
然后，再問(wèn)學(xué)生“填空”，所有的學(xué)生都可以回答了。未知數x就像是一個(gè)有魔法的字母讓大家都在想“x意味著(zhù)代數，而我沒(méi)有學(xué)過(guò)代數，所以我就不知道這個(gè)怎么做”。
匯編程序就是編程世界的代數。如果某人問(wèn)我“inline函數是否被編譯器展開(kāi)了？”或是問(wèn)我“如果我寫(xiě)下i*4，編譯器會(huì )把其優(yōu)化為左移位操作嗎？”。這個(gè)時(shí)候，我都會(huì )建議他們看看編譯器的匯編碼。這樣的回答是不是很粗暴和無(wú)用？通常，在我這樣回答了提問(wèn)者后，提問(wèn)都通常都會(huì )說(shuō)，對不起，我不知道什么是匯編！甚至C++的專(zhuān)家都會(huì )這么回答。
匯編語(yǔ)言是最簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言了（就算是和C++相比也是這樣的），如：
ADD ESI,x
就是（C風(fēng)格的代碼）
ESI += x;
而：
CALL foo
則是：
foo();
細節因為CPU的種類(lèi)而不同，但這就是其如何工作的。有時(shí)候，我們甚至都不需要細節，只需要看看匯編碼的長(cháng)啥樣，然后和源代碼比一比，你就可以知道匯編代碼很多很多了。
那么，這又如何幫助代碼優(yōu)化？舉個(gè)例子，我幾年前認識一個(gè)程序員認為他應該去發(fā)現一個(gè)新的更快的算法。他有一個(gè)benchmark來(lái)證明這個(gè)算法，并且其寫(xiě)了一篇非常漂亮的文章關(guān)于他的這個(gè)算法。但是，有人看了一下其原來(lái)算法以及新算法的匯編，發(fā)現了他的改進(jìn)版本的算法允許其編譯器把兩個(gè)除法操作變成了一個(gè)。這和算法真的沒(méi)有什么關(guān)系。我們知道除法操作是一個(gè)很昂貴的操作，并且在其算法中，這倆個(gè)除法操作還在一個(gè)內嵌循環(huán)中，所以，他的改進(jìn)版的算法當然要快一些。但，只需要在原來(lái)的算法上做一點(diǎn)點(diǎn)小的改動(dòng)——使用一個(gè)除法操作，那么其原來(lái)的算法將會(huì )和新的一樣快。而他的新發(fā)現什么也不是。
下一個(gè)例子，一個(gè)D用戶(hù)張貼了一個(gè) benchmark 來(lái)顯示 dmd (Digital Mars D編譯器)在整型算法上的很糟糕，而ldc (LLVM D 編譯器)就好很多了。對于這樣的結果，其相當的有意見(jiàn)。我迅速地看了一下匯編，發(fā)現兩個(gè)編譯器編譯出來(lái)相當的一致，并沒(méi)有什么明顯的東西要對2：1這么大的不同而負責。但是我們看到有一個(gè)對long型整數的除法，這個(gè)除法調用了運行庫。而這個(gè)庫成為消耗時(shí)間的殺手，其它所有的加減法都沒(méi)有速度上的影響。出乎意料地，benchmark和算法代碼生成一點(diǎn)關(guān)系也沒(méi)有，完全就是long型整數的除法的問(wèn)題。這暴露了在dmd的運行庫中的long型除法的實(shí)現很差。修正后就可以提高速度。所以，這和編譯器沒(méi)有什么關(guān)系，但是如果不看匯編，你將無(wú)法發(fā)現這一切。
查看匯編代碼經(jīng)常會(huì )給你一些意想不到的東西讓你知道為什么程序的性能是那樣。一些意想不到的函數調用，預料不到的自傲，以及不應該存在的東西，等等其實(shí)所有的一切。但也不需要成為一個(gè)匯編代碼的黑客才能干的事。
結論
如果你覺(jué)得需要程序有更好的執行速度，那么，最基本的方法就是使用一個(gè)profiler和愿意去查看一下其匯編代碼以找到程序的瓶頸。只有找到了程序的瓶頸，此時(shí)才是真正在思考如何去改進(jìn)的時(shí)候，比如思考一個(gè)更好的算法，使用更快的語(yǔ)言?xún)?yōu)化，等等。
常規的做法是制勝法寶是挑選一個(gè)最佳的算法而不是進(jìn)行微優(yōu)化。雖然這種做法是無(wú)可異議的，但是有兩件事情是學(xué)校沒(méi)有教給你而需要你重點(diǎn)注意的。第一個(gè)也是最重要的，如果你優(yōu)化的算法沒(méi)沒(méi)有參與到你程序性能中的算法，那么你優(yōu)化他只是在浪費時(shí)間和精力，并且還轉移了你的注意力讓你錯過(guò)了應該要去優(yōu)化的部分。第二點(diǎn)，算法的性能總和處理的數據密切相關(guān)的，就算是冒泡排序有那么多的笑柄，但是如果其處理的數據基本是排好序的，只有其中幾個(gè)數據是未排序的，那么冒泡排序也是所有排序算法里性能最好的。所以，擔心沒(méi)有使用好的算法而不去測量，只會(huì )浪費時(shí)間，無(wú)論是你的還是計算機的。
就好像賽車(chē)零件的訂購速底是不會(huì )讓你更靠進(jìn)冠軍（就算是你正確安裝零件也不會(huì )），沒(méi)有Profiler，你不會(huì )知道問(wèn)題在哪里，不去看匯編，你可能知道問(wèn)題所在，但你往往不知道為什么。
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