4 编写快的代码——代码的效率性

程序的效率包括时间和空间上的效率，程序运行速度快，或者占用内存小，那么它的效率就高。

在640K内存时代，空间效率是很讲究的；但时过境迁，现在的内存动辄256M，必要的时候Windows还要动用虚拟内存，将上G的硬盘当着内存使，这样一来，空间效率就没有时间效率显得重要了。

所以，以下的内容只讨论程序的时间效率。

4.1 换机器还是改代码？

让程序跑得更快，要么改代码，要么换机器。程序员以固执著称，肯定选择后者；应用商有的是钱，升级打补丁毕竟要花时间，干嘛那么麻烦？所以他们大抵想都不想，大手一挥，“换一台1.2G的去……”——那么到底该换什么？

程序员的机器通常不是很好的机器（因为穷，或者机器的历史由来已久）。换机器不是程序员所赞成的做法，但对于功能性很强的商用程序，花费钞票购买更快的机器是很有必要的，也很能解决问题。过分地追求算法的效率，改进程序，很有可能带来副作用，如影响程序的兼容性、延误程序的开发进度和推广进度、引入更隐秘的错误等等。

当然，换机器通常是商家的事，而修改代码责无旁贷地是程序员的事。

4.2 衡量程序的时间效率

统计数据总是能更好地说明问题，测试程序的时间效率需要用到精确的时间函数，Windows系统定时器的精度（只能精确到 1 s）是不够的；函数GetTickCount()只能返回到ms级的时间（而且应该是只能精确到1000/55 ms），显然也是不够的；幸运的是，Windows 9X提供了两个高精度的函数：QueryPerformanceCounter()和QueryPerformanceFrequency()，配合使用这两个函数就可以满足程序的高精度要求。

QueryPerformanceCounter()用以获得机器内部计时器的计数（单位为1 Tick），QueryPerformanceFrequency()用以获得计时器的时钟频率，所以利用两次QueryPerformanceCounter()获得的计数差值除以时钟频率，就可以计算出事件经历的精确时间，系统执行i ++的时间消耗，用这种方法就能测试到——很显然，精确度够了。

我们如此精确地统计时间主要是为了衡量程序的运行效率，因此得到内部计时器的计数就可以说明问题了，以下代码示出了i*=2与i = 1效率的比较：

#include <afx.h> void main() { int i = 0; LARGE_INTEGER lis, lie; QueryPerformanceCounter(&lis); i *= 2; QueryPerformanceCounter(&lie); printf("%ld\r\n", lie.QuadPart - lis.QuadPart); QueryPerformanceCounter(&lis); i <<= 1; QueryPerformanceCounter(&lie); printf("%ld\r\n", lie.QuadPart - lis.QuadPart); }

输出结果如下：

4 3

嗯，不用说你也知道，移位比乘2要快。

4.3 提高程序的时间效率

提高代码的时间效率，以下是一些方案：

• 找到程序的速度瓶颈，否则收效甚微。例如在数据库应用中，数据库连接就是个瓶颈，笔者对此深有体会。采用连接池（connection pool）将这些连接保持下来，就是一种非常好的办法；
• 学会算法复杂度分析，优化数据结构和算法；
• 熟悉汇编指令，优化代码。例如i++要比i = i + 1跑得快，宏比函数跑得快；
• 牺牲空间效率，以空间换时间。很熟悉的例子是链表之于数组，链表的每个节点至少要比每个数组元素多一个指针空间（一般的为4 bytes），但使用链表做数据插入、删除，其效率是显而易见的；
• 以内存换外存。减少系统I/O通讯的次数，适当地将数据一次性，或者流式地载入本地内存；
• 采用cache机制。将最多最频繁的访问保存起来，这样的方法使用得很普遍，例如Internet Explorer就准备了相当部分的缓存空间，用以保存用户最近访问的网页内容；用户本地机器的域名解析工作有时候并不需要连接到DNS服务器，通过本地cache的检索也许就能迅速得到结果。当然，程序员有必要采用适当的策略以维持cache的及时更新；
• 选择快的语言。如果选择了C/C++，同样的程序会比Java程序跑得快的多，编译程序比解释程序又要跑得快得多。但要注意，速度与兼容性常常是相矛盾的，使用了C，就意味着放弃了Java的平台无关性。
• 尽量使用系统API（考虑兼容性的API除外）。系统API离操作系统和硬件最近，使用API可以很好地提高时间效率。

下面的例子演示了使用API的好处：

#include <afx.h> void main() { int buf[1024]; LARGE_INTEGER lis, lie; //数组清零 QueryPerformanceCounter(&lis); for(int i = 0; i < 1024; i++) buf[i] = 0; QueryPerformanceCounter(&lie); printf("%ld\r\n", lie.QuadPart - lis.QuadPart); QueryPerformanceCounter(&lis); memset(buf, 0, 1024); QueryPerformanceCounter(&lie); printf("%ld\r\n", lie.QuadPart - lis.QuadPart); QueryPerformanceCounter(&lis); ZeroMemory(buf, 1024); QueryPerformanceCounter(&lie); printf("%ld\r\n", lie.QuadPart - lis.QuadPart); }

运行结果如下：

27 5 4

将数组每个元素的值初始化为0，最普通的办法是循环赋值，这种方法最次，要花费27 Ticks；选择C标准函数memset()可以指定内存块的初值，这种办法稍快一点，花费5 Ticks；选择系统API ZeroMemory()，它的实现功能单一，就是将某内存块清零，因此它的速度也最快，只需要4 Ticks。

话说回来，程序员不要一味地追求程序的效率，应当在满足正确性、可靠性、健壮性、可读性等质量因素的前提下，设法提高程序的效率。

5 结束语

本文内容至此作一了结，希望你有所收获。不要都吵着做项目经理，写好手边的程序先！“勿在浮沙筑高塔”，代码的问题是小问题，但同时也是大问题，代码之于软件工程正如砖瓦之于高楼建筑，做好代码的学问，做好代码的艺术，从点点滴滴做起，才能对软件产业发挥真正的作用。