编译器、If 语句和循环

Question

这是 C++ 的一般效率问题。我不熟悉编译器的内部工作原理，所以假设我有几个循环和一个潜在的 if 语句，例如：

for(int i=0; ...) 
{
    for(int j=0; ...)
    { 
        if( ... )
        {
            ...
        }
        else
        {
            ... (slightly different)
        }
    }
}

但是，这个 if 语句独立于循环。如果我改为在循环外部定义 if/else 语句并在内部循环，是否存在显着的速度差异？例如：

if( ... )
{
    for(int i=0; ...) 
    {
        for(int j=0; ...)
        { 
            ...
        }
    }
}
else
{
    for(int i=0; ...) 
    {
        for(int j=0; ...)
        { 
            ... (slightly different)
        }
    }
}

如果是这样，或者如果不是这样，为什么会这样？我有一些想法，编译器会识别一遍又一遍地执行相同的 if 语句，但这对我来说是非常陌生的领域。

我检查了对这个问题的回答： Would compiler optimize conditional statement in loop by moving it ouside the loop? 他讨论了 gcc 中不同级别的优化，以及 -O3（我认为）如何做到这一点。但是这样的事情会自动完成吗？如果不是，那么在循环中这样的 if 语句的成本有多大？

Answer 1

唯一真正的答案是也许。如果条件是循环 不变的，那么你建议的换位是合法的，如果 编译器可以识别循环不变性，然后它可以使 换位。做不做取决于 编译器：g++ /O3，至少在 64 位模式下，cl /Ox /Os 至少在 32 位模式下不会； g++ 也展开这两个循环。 至少在我的测试中；我或多或少保证 编译器可以确定条件是循环不变量 通过将循环包装在一个函数中，条件是 bool const 类型的函数参数；取决于 条件，编译器可能或多或少难以 证明循环不变性。当然，事实上 编译器有更多的寄存器可以在 64 位模式下使用 也会影响其优化。

另外：虽然我本能地希望 g++ 版本是 更快，它明显更大；在某些情况下，这可能 对各种内存缓存产生负面影响，导致 代码实际上运行速度较慢。

最后，我总是写第一个。如果探查器稍后 显示它是一个瓶颈，返回没有问题 并按照第二个的行重写它，然后测量 看看它是否有所作为，一种或另一种方式，以及如何 它有很大的不同。并注意最好的结果 可能取决于您的编译器和架构 定位。

Answer 2

这个问题不能说哪个更快。

只要记住 80-20 规则 (http://en.wikipedia.org/wiki/Pareto_principle#In_software) 并通过 profiling 找到代码。

无论如何，首先编写可读和可维护的代码。如果您遇到性能问题，请分析代码。

Answer 3

视情况而定，但我敢打赌第二种选择更快。这是因为不会发生分支，编译器更有可能用一些 MMX/SSE 指令组替换大量代码。

至少在理论上，在第一种情况下，CPU 必须在每个 for() 循环中解决相同的 if()。在第二种情况下， if() 不在外观范围内，应该更快。但同样，现代编译器通常可以发现这个问题并神奇地解决它。

但是，是的，通常编写代码以提高可读性很重要，除非性能是真正的大问题。