以下代码块的优化

Question

考虑以下一段 C 代码。描述可能提高性能的三种不同优化（包括它们的名称）、它们提高性能的原因以及代码在优化之后的表现。假设所有变量都在代码序列之前声明并启动/具有某些值。

 condition2 = condition1 | input_flag; 

 for(i=0;i<10000;i++){

   if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
      a = sin(45∗b∗3.14/180);  

   else  
      a = sin(135∗b∗3.14/180);  

   if ( condition2 & COND1 ) 
      DoOneThing(a);

   else if ( condition2 & COND2 ) 
      DoAnotherThing(a); 

   else 
      DoYetAnotherThing(a); 
 } 

我有以下C代码示例。我正在学习性能优化的方法，但我对它很陌生，不知道如何优化以下代码......

也许一种方法是在循环中初始化a。但我想不出任何其他方法来优化它。

Answer 1

虽然大部分优化将由优化编译器自动执行，但了解编译器在背后执行的操作仍然是件好事。
以下是几种可能性：

1. 不断折叠

   3.14 除以 180 涉及两个编译时常量，因此可以提前计算，并且只将结果存储在二进制文件中。这为我们节省了运行时的计算量，从而加快了代码的执行速度。

   3.14/180 = 0.0174444   // assume 64-bit precision, like a double
   

   因此，代码变为：

   for(i=0;i<10000;i++) {    
     if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
        a = sin(45*b*0.0174444);  
     else  
        a = sin(135*b*0.0174444);  
   
     if ( condition2 & COND1 ) 
        DoOneThing(a);
     else if ( condition2 & COND2 ) 
        DoAnotherThing(a); 
     else 
        DoYetAnotherThing(a); 
   } 
   

2. 公共子表达式消除

   请注意，在对a 的赋值中，if 语句的两边都包含相同的计算。无论对条件的评估如何，任何相同的东西都可以无条件地吊出来并完成。因此：

   if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
      a = sin(45*b*0.0174444);  
   else  
      a = sin(135*b*0.0174444);  
   

   变成：

   a = b*0.0174444;
   if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
      a *= 45;  
   else  
      a *= 135; 
   a = sin(a); 
   

   这不会直接使代码执行得更快，尽管它可以减少代码的大小（因为同一事物不会在两个不同的地方被计算两次），并且有时减小大小可以提高速度（由于更优化地使用缓存等）。

   事实上，更仔细地观察，我们注意到temp 在for 循环的所有迭代中都是不变的，因为b 在循环内部没有被修改。这意味着它可以被吊得更高：

    a = b*0.0174444;
    for(i=0;i<10000;i++) {
       if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
          a *= 45;  
       else  
          a *= 135; 
       a = sin(a); 
   
      // etc.
    } 
   

   这将导致速度提高，因为现在我们不需要计算temp 10000 次——我们只需计算一次、存储它并在每次循环中重复使用它.

3. 循环不变代码提升

   我们刚刚体验了这种优化，但还有更多工作要做。查看for 循环，您会看到唯一被修改的变量是i。在循环体中，没有依赖于i 值的表达式，这意味着实际上不需要在循环内部计算这些结果。因此，我们可以将它们提升到循环之外，以便它们只执行一次，而不是重复 10000 次。

   只有一个警告：我们不知道函数调用（DoOneThing、DoAnotherThing 和 DoYetAnotherThing）在内部做什么，所以我们不能做出任何假设。 （编译器可以，如果函数的定义对其可见。）我们所知道的是它们只依赖于a 的值，所以我们只需要确保每个函数被调用 10000 次。

     a = b*0.0174444;
     if ( (t1==0) && (t2==0) && (t3==0) ) 
         a *= 45;  
     else  
         a *= 135;
     a = sin(a);  
   
     if ( condition2 & COND1 )
         for(i=0;i<10000;i++)
             DoOneThing(a);
     else if ( condition2 & COND2 ) 
         for(i=0;i<10000;i++)
             DoAnotherThing(a);
     else 
         for(i=0;i<10000;i++)
             DoYetAnotherThing(a);
   

   这将（显着）更快，因为我们不必在每次循环中都测试if 条件，或进行任何其他计算。

当然还有其他可能的优化，但这些是您可能会看到的大优化。正如其他人评论的那样，这是非常糟糕的代码。