C++之那些年踩过的坑（附录一）

这篇内容呀，其实是接上一篇的结尾提出的一个小问题而写的，如果你还没有看过那么你可以先看一下。

真相

在上一篇的最后，我提到一个问题：代码优化。并留下了一个小小的测试：无符号数和有符号数的性能比较。不知道有没有童鞋去实验一下呢？那我们一起来做一个简单的实验：

#include <iostream>
#include <chrono>
int main()
{
  /*unsigned */int a = 123456789;
  auto t1 = std::chrono::system_clock::now();
  for (int i = 0; i < 10000; ++i)
  {
    a += 3;
    a -= 5;
    a *= 11;
    a /= 7;
  }
  auto t2 = std::chrono::system_clock::now();
  auto runtime = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(t2 - t1);
  std::cout << "a = " << a << "\n";
  std::cout << runtime.count() << "ns";
}

在上述代码在 VS 的 Debug 模式下运行，稳定后运行时间在 210000ns 左右，然后把注释去掉，再次运行，稳定后运行时间也是 210000ns 左右。在我在电脑上，计算有符号类型和无符号类型几乎是没有差别的，我相信在绝大多数的电脑上也是相同的结果。

类似的问题还有：浮点数的计算比整型数慢？对于这个问题，可以看一下这个问题：https://www.zhihu.com/question/26494062 。里面提供大量实验数据供参考。

无论如何，实际情况下就是，在当代，计算无符号数和有符号数的效率，甚至是计算浮点数和整数的效率，差异并不大。

我想说明什么呢？首先我要声明：我不是反对代码优化。而是对于有很多流传广泛的所谓的优化技巧，我觉得我们应该应该抱着学习探索的心态，而不是一味地追求一些没有什么意义的东西。有些优化，确实很精妙。但很多所谓的技巧，看起来的意思就是：做编译器的那群人都是傻逼。想优化我们的程序，这是正常的、应该的想法，但我们应该用科学的方法，而不是听了一些奇淫技巧，却不知道实际发生了什么。

其实很简单，探究性能瓶颈靠 profiling，探究代码背后的不为人知的故事看 assembly。我们先讲后面一个。

利用 `assembly` 探究代码

怎么得到反汇编代码，我在这一篇当中有提到。比如我们研究有符号数和无符号数，先写一个程序：

int main()
{
  /*unsigned */int a = 123456789;
  a = a / 13;
  std::cout << a;
}

然后在 VS 下查看反汇编：

/*unsigned */int a = 123456789;
00B4104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h  
  a = a / 13;
00B41055  mov         eax,dword ptr [a]  
00B41058  cdq  
00B41059  mov         ecx,0Dh  
00B4105E  idiv        eax,ecx  
00B41060  mov         dword ptr [a],eax

把注释去掉再看：

unsigned int a = 123456789;
00C3104E  mov         dword ptr [a],75BCD15h  
  a = a / 13;
00C31055  mov         eax,dword ptr [a]  
00C31058  xor         edx,edx  
00C3105A  mov         ecx,0Dh  
00C3105F  div         eax,ecx  
00C31061  mov         dword ptr [a],eax

几乎是一模一样的，最大的差别就是有符号数使用 idiv指令（带符号除法），无符号数使用 div指令（不带符号除法），而这两种指令，CPU 周期都是一样的。http://www.agner.org/optimize/instruction_tables.pdf

当然我不是说不用无符号数，而是说我们用什么要看场合，而不是你觉得用了性能更好，除非是被大众认可的或者你经过严谨的测试的。像对于某些书籍或者什么地方说，只要确定范围不为负数的，就用无符号类型，我是不认可的。如果你讲范围，那如果一个有符号类型不够用，那么通常它对应的无符号类型(相同的 bits)也不够用。比如你 std::int32_t 不够用，就应该用 std::int64_t，如果还不够，考虑写个 BigInteger类吧。不过对于无符号和有符号类型，它们之间的性能在当代确实是几乎没有什么差别。那具体什么场合用什么呢？这个也不一定，比如一般来说：

对于位储存、位运算、模运算等，使用无符号类型
对于一般运算使用有符号类型

这一篇的目的，当然不只是谈有符号数和无符号数，而是想借题引出一些我的看法：

过早的优化是万恶之源
不要试图帮编译器优化
优化时不要去猜测，想当然得去优化自己“觉得”性能不好的地方

我们一点一点讲。

对于一个需求，我们应该先完成功能，若性能达不到要求之后，在确定瓶颈之后再去优化。过早优化，不仅让代码不直接，还容易出 bug，还可能对性能几乎没有影响。而且，我们优化时，应该关注大方向，确定大方向是正确的。比如写一个算法，我们首先应该确保 Big-O 的时间复杂度能达标，可以用 O(n) 的就不用 O(nlogn)，可以用 O(nlogn) 的就不用 O(n²)，而不是先在那里扣 i++ 还是 ++i。另外，不要想着去帮编译器优化，因为编译器是一堆比你强不知道多少的人写出来的，而对于一般人，想着去帮编译器优化，大部分是无效的，甚至是错的。比如有人学了一点点的 std::move，就老是想着 move move move 去提高性能，举个栗子，容易写出这样的代码：

template <typename T>
T foo()
{
  T object;
  // ...
  return std::move(object);
}

确实运行不会错，但是，代码背后做的事情不一定就跟你想的一样，往往跟你想象的还不一样。有些情况编译器可以采用更好的办法，结果因为你那么一搞，迫不得已只能采用次一点的办法。可以看看这个问题，就不赘述了。

还有比如说用异或来交换两个变量，有人会想，用位运算，不仅不需要创建临时变量，而且位运算一般不是更快嘛！对于这个问题，陈硕大大早有讲到，在 https://cloud.github.com/downloads/chenshuo/documents/CppPractice.pdf 的第 9 章。可以去看一下。

如果你已经看了上面的链接，那么你也就知道了，你（几乎）不会知道编译器做了什么，编译器可以做的优化超出你的想象（不过有的时候人能明显看出来的优化编译器却做不到，但影响不大），在我的系列文章（二）中也有强调了，不要试图帮助编译器去优化。若你想探究一小段代码背后不为人知的故事，就去看看反汇编！

利用 `profiling` 探究瓶颈

关于这个问题，我想贴上一个链接，是蓝色大大的一个回答：https://www.zhihu.com/question/56727144/answer/150555866。有非常详细清晰的介绍。

结语

最后我希望我放的链接都有认真看呀！为什么我贴那么多链接呢？因为我说的话没有权威没人信啊！但大牛们说的总有参考价值了吧！

暂时先写那么多，才学疏浅，如有不当地方还请海涵，感谢指点！

真相

利用 assembly 探究代码

利用 profiling 探究瓶颈

结语

利用 `assembly` 探究代码

利用 `profiling` 探究瓶颈