C/C++代码性能优化技巧的书籍及资料

news2024/12/17 6:23:45

使用C/C++开发的场景，大多对代码的执行的速度，实时性有较高的要求，像嵌入式系统的开发，资源还受限。在算力存储空间有限的MCU上写出简洁又高效的代码实际是一种艺术。软件工程师在代码设计上的这种差距，会反映在产品的性能(能用和好用差着十万八千里)和成本(选择配置低更便宜的MCU)上，最终成为产品成败的关键。
这里插播一段为人津津乐道的故事。Quake-III Arena (雷神之锤3)是90年代的经典游戏，游戏不但画面和内容不错，而且即使计算机配置低，也能极其流畅地运行。这要归功于它3D引擎的开发者约翰-卡马克（John Carmack）。John Carmack编写的一段快速求解平方根的算法，比传统使用标准库函数 sqrt() 来计算的方法快了4倍而且计算非常精确。代码其他部分不重要，其中最让人费解的是那个神奇的数字 0x5f3759df，没人知道他是怎么得到这个数字的。普渡大学的数学家Chris Lomont看了以后觉得有趣，决定研究一下这个魔法数字有什么奥秘。Lomont 也是个神人，潜心研究后得到了一个理论值 0x5f37642f。Lomont 拿自己算出的值和 Carmack 的神奇数字比较，看谁的值能更快更准地求得平方根，结果仍然是 Carmack 赢了。Lomont 忿忿不平，采用暴力法挨个数字试过去，才终于找到一个比 Carmack 要好上那么一点点的数字。后来 Lomont 为此写下一篇论文 Fast Inverse Square Root(论文的链接附上)，很多人将 0x5f3759df 称为了神的数字。下面附上大神的代码。

float Q_rsqrt( float number )
{
    long i;
    float x2, y;
    const float threehalfs = 1.5F;

    x2 = number * 0.5F;
    y   = number;
    i   = * ( long * ) &y;   // evil floating point bit level hacking
    i   = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // what the fuck?
    y   = * ( float * ) &i;
    y   = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
    // y   = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration, this can be removed

    #ifndef Q3_VM
    #ifdef __linux__
     assert( !isnan(y) ); // bk010122 - FPE?
    #endif
    #endif
    return y;
}

英文版《Hacker’s Delight》中文版《算法心得：高效算法的奥秘》

作者是在IBM工作50余年的资深计算机专家Henry S. Warren，曾参与多个军事指挥与控制系统工程。书中总结了大量高效、优雅和奇妙的算法，并从数学角度剖析了其背后的原理。

《C程序性能优化 20个实验与达人技巧》

Software optimization resources

Agner Fogde应该属于跨学科的复合型人才,他是丹麦进化人类学家和计算机科学家。他目前是丹麦技术大学（DTU）计算机科学副教授，他最出名的是创造了术语“帝王理论(Regality Theory)"，并为运行x86架构的机器编写了大量的优化手册。
链接是他的个人网站能下载到他的书籍。
《Optimizing software in C++》
《Optimizing subroutines in assembly language: An optimization guide for x86 platforms》
《The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs: An optimization guide for assembly programmers and compiler makers》
《Instruction tables: Lists of instruction latencies, throughputs and micro-operation breakdowns for Intel, AMD and VIA CPUs》
《Calling conventions for different C++ compilers and operating systems》
世面上讲c++性能优化的书其实不少了，但是很多都停留在架构、算法、数据结构层面，大都是些老生常谈了。而从语言本身、操作系统、硬件层面系统阐述性能优化的技术书则少了很多。而《optimizing software in c++》正是这样的一本书。