如何編寫高效的程式碼（2014/6/1）
編寫高效的程式碼有兩個條件：選擇好的演算法和資料結構，編寫編譯器能夠優化以轉換成高效可執行的程式碼。前者是基礎和前提，即使後者做的足夠好，但是選用了錯誤的演算法和資料結構，優化也不起作用，這個一點要搞清楚。本文的內容的側重於後者。
1 計算機系統架構
L1和L2位於CPU晶片上，L3被各個CPU共享。由於成本的考慮，L3，L2，L1的大小依次遞減。以INTEL XEON E7-8891V2為例，L3 ：37.5 MB，L2 ：2.5 MB，L1 ：640 KB。
2 各種儲存的速度比
暫存器 | |
L1 | 10-13 |
L2 | 10-12 |
L3 | 10-11 |
記憶體 | 10-10 |
磁碟 | 10-3 |
從上表中可以看出，記憶體比磁碟快1000萬倍。
3 程序的記憶體分佈
共享對映庫的起始地址是0x40000000(1G)，BSS: 未初始化的全域性變數。
4 函式呼叫的開銷
ebp暫存器指向當前幀的棧底，esp暫存器指向當前幀的棧頂。函式被呼叫時，都會生成一個新的幀。返回地址：函式呼叫返回呼叫者後，待執行的程式碼的地址。在呼叫函式之前，呼叫者在自己的棧內構造引數。緩衝區溢位攻擊的原理：覆蓋被儲存的ebp和返回地址，執行攻擊者指定的函式。
5 程式碼優化
編寫高效的程式碼有兩個步驟：選擇好的演算法和資料結構，編寫編譯器能夠優化以轉換成高效可執行的程式碼。第一個步驟是前提。即使第二部做的足夠好，但是選用了錯誤的演算法和資料結構，優化也不起作用。本小節後續的優化措施指的是後者。
5.1 函式呼叫和系統呼叫
（1） 從第四小節可以看出，函式呼叫的開銷不菲。所以在呼叫次數非常高的函式內，儘量少的使用函式，特別是小函式。
（2） 儘量把迴圈內部的函式呼叫移到迴圈外部。
帶來的副作用損害了程式碼的可讀性，可維護性。
系統呼叫的的開銷：
1，段的切換。
2，當前資料、指令預取佇列的重新整理和重建。
3，資料複製。5.2 利用記憶體區域性性原理
時間區域性性：如果資料被訪問，則不久之後該資料可能被再次訪問。
空間區域性性：如果某個儲存單元被訪問，則不久之後附近的儲存單元也會被訪問。
例:沒有利用空間區域性性的程式碼
for(i=0;i<M;i++) for(j=0;j<N;j++) sum += a[j][i];
例:利用空間區域性性的程式碼
for(i=0;i<M;i++)
for(j=0;j<N;j++)
sum += a[i][j];重複利用同一變數有良好的時間區域性性。
5.3 適應CPU的指令流水線
執行指令的基本流程：
1 從記憶體讀取指令到L1
2 對L1中的指令譯碼
3 執行單元執行指令
現代的CPU進行分支預測，在指令快取記憶體區形成一個指令流水線，如果預測失敗，需要重新從記憶體讀取指令，譯碼形成一個新的指令流水線，對CPU而言，操作記憶體的開銷非常大（2個數量級的差別），所以代價非常高。
優化措施：
（1） 儘量減少分支
儘量不用if/else switch。用switch代替if/else，因為跳轉指令更少。
經過測試if 和?:的彙編程式碼是一樣的，所以效能也一樣。
（2 ）減少小迴圈，因為迴圈裡面有跳轉指令
（3）減少函式呼叫