C语言内存优化——继续含泪总结

以前分析了基本数据类型的优化，如今开始涉及全局和局部变量的优化，话说这个东西我从没想过还能这样优化的喂！

全局变量 / Global variables

全局变量不会被分配在寄存器上，修改全局变量须要经过指针或者调用函数的方式间接进行。因此编译器不会将全局变量存储在寄存器中，那样会带来额外的、没必要要的负担和存储空间。因此在比较关键的循环中，咱们要不使用全局变量。

若是一个函数要频繁的使用全局变量，咱们可使用局部变量，做为全局变量的拷贝，这样就可使用寄存器了。条件是本函数调用的任何子函数不使用这些全局变量。

举个例子：

int f(void);
int g(void);
int errs;
void test1(void)
{
    errs += f();
    errs += g();
}
void test2(void)
{
    int localerrs = errs;
    localerrs += f();
    localerrs += g();
    errs = localerrs;
}

能够看到test1()中每次加法都须要读取和存储全局变量errs，而在test2()中，localerrs分配在寄存器上，只须要一条指令。

使用别名 / Using Aliases

考虑下面的例子：

void func1( int *data )
{
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++)
        anyfunc(*data, i);
}

即便*data历来没有变化，编译器殊不知道anyfunc()没有修改它，因而程序每次用到它的时候，都要把它从内存中读出来，可能它只是某些变量的别名，这些变量在程序的其余部分被修改。若是可以肯定它不会被改变，咱们能够这样写：

void func1( int *data )
{
    int i;
    int localdata;
    localdata = *data;
    for(i=0; i<10; i++)
        anyfunc(localdata, i);
}

这样会给编译器优化工做更多的选择余地。

活跃变量和泄漏 / Live variables and spilling

寄存器的数量在每一个处理器当中都是固定的，因此在程序的某个特定的位置，能够保存在寄存器中的变量的数量是有限制的。有些编译器支持“生命周期分割”（live-range splitting），也就是说在函数的不一样部分，变量能够被分配到不一样的寄存器或者内存中。变量的生存范围被定义成：起点是对该变量的一次空间分配，终点是在下次空间分配以前的最后一次使用之间。在这个范围内，变量的值是合法的，是活的。在生存范围以外，变量再也不被使用，是死的，它的寄存器能够供其余变量使用，这样，编译器就能够安排更多的变量到寄存器当中。

可分配到寄存器的变量须要的寄存器数量等于通过生命范围重叠的变量的数目，若是这个数目超过可用的寄存器的数量，有些变量就必须被暂时的存储到内存中。这种处理叫作“泄漏(spilling)”。 编译器优先释放最不频繁使用的变量，将释放的代价降到最低。能够经过如下方式避免变量的“释放”：

限制活跃变量的最大数目：一般可使用简单小巧的表达式，在函数内部不使用太多的变量。把大的函数分割成更加简单的、更加小巧的多个函数，也可能会有所帮助。

使用关键字register修饰最常用的变量：告诉编译器这个变量将会被常常用到，要求编译器使用很是高的优先级将此变量分配到寄存器中。尽管如此，在某些状况下，变量仍是可能被泄漏。

变量类型 / Variable Types

C编译器支持基本的变量类型：char、short、int、long(signed、unsigned)、float、double。为变量定义最恰当的类型，很是重要，由于这样能够减小代码和数据的长度，能够很是显著的提升效率。

局部变量 / Local variables

若是可能，局部变量要避免使用char和short。对于char和short类型，编译器在每次分配空间之后，都要将这种局部变量的尺寸减小到8位或16位。这对于符号变量来讲称为符号扩展，对无符号变量称为无符号扩展。这种操做是经过将寄存器左移24或16位，而后再有符号（或无符号的）右移一样的位数来实现的，须要两条指令（无符号字节变量的无符号扩展须要一条指令）。

这些移位操做能够经过使用int和unsigned int的局部变量来避免。这对于那些首先将数据调到局部变量而后利用局部变量进行运算的状况尤为重要。即便数据以8位或16位的形式输入或输出，把他们看成32位来处理还是有意义的。

咱们来考虑下面的三个例子函数：

int wordinc (int a)
{ 
    return a + 1;
}
short shortinc (short a)
{ 
    return a + 1;
}
char charinc (char a)
{ 
    return a + 1;
}

他们的运算结果是相同的，可是第一个代码片段要比其余片段运行的要快。

是否是学到了呢？C语言博大进深，诸君还得一块儿加油啊……请持续关注更新，更多干货和资料请直接联系我，也能够加群710520381，邀请码：柳猫，欢迎你们共同讨论