技术洞察:循环语句细微差异下的性能探索(测试while(u--);和while(u)u--;的区别)

本文涉及的产品
云服务器ECS,u1 2核4GB 1个月
云服务器 ECS,u1 4核16GB 1个月
云服务器 ECS,u1 4核8GB 1个月
简介: 该文探讨了两种循环语句(`while(u--);` vs. `while(u) u--;`)在性能上的微妙差异。通过实验发现,后者比前者平均执行速度快约20%,原因在于循环条件检查的顺序影响了指令数量。尽管差异可能在多数情况下不显著,但在性能关键的代码中,选择合适的循环结构能优化执行效率。建议开发者在编写循环时考虑编译器优化和效率。未来研究可扩展到不同编译器、优化级别及硬件架构的影响。

该文章是我在2011年,在某sdn写的,搬运过来。顺便使用大模型重新排版了一下。


技术洞察:循环语句细微差异下的性能探索

引言

在软件开发过程中,循环结构是最常见的控制流结构之一,其性能优化往往对程序的整体运行效率产生直接影响。本文将深入探讨两种看似相似的循环终止条件——while(u--);while(u) u--;——在实际执行中的性能差异,并通过实验数据揭示这一微妙差别背后的原理。

实验设计与环境

为了准确测量两种循环结构的性能差异,我们设计了一个简单的测试程序,该程序连续执行10万次循环,统计并比较平均执行时间。测试环境如下:

  • CPU: Intel Core2 4300 @ 1.8GHz
  • OS: x86_64-SUSE Linux
  • 编译器: GCC 4.5.0 20100604


image.png


实验代码

C

1#include <gtk/gtk.h>
2
3int main(int argc, char **argv) {
4    // 循环结构一:while(u--);
5    if (1) {
6        GTimeVal tStart, tEnd;
7        g_get_current_time(&tStart);
8        gchar str[100] = "while(u--)";
9        gint loops = 100000;
10        gint u_org = 500;
11        gint loops_cpy = loops;
12        while (loops_cpy--) {
13            gint u = u_org;
14            while (u--);
15        }
16        g_get_current_time(&tEnd);
17        gfloat time_msec = (1000000.00 * (tEnd.tv_sec - tStart.tv_sec) + tEnd.tv_usec - tStart.tv_usec) / 1000;
18        gfloat time_each = time_msec / loops * 1000000;
19        g_print("Time %s: %.2fms used for %d loops. Each loop %.2fns\n", str, time_msec, loops, time_each);
20    }
21
22    // 循环结构二:while(u) u--;
23    if (1) {
24        GTimeVal tStart, tEnd;
25        g_get_current_time(&tStart);
26        gchar str[100] = "while(u)u--";
27        gint loops = 100000;
28        gint u_org = 500;
29        gint loops_cpy = loops;
30        while (loops_cpy--) {
31            gint u = u_org;
32            while (u) u--;
33        }
34        g_get_current_time(&tEnd);
35        gfloat time_msec = (1000000.00 * (tEnd.tv_sec - tStart.tv_sec) + tEnd.tv_usec - tStart.tv_usec) / 1000;
36        gfloat time_each = time_msec / loops * 1000000;
37        g_print("Time %s: %.2fms used for %d loops. Each loop %.2fns\n", str, time_msec, loops, time_each);
38    }
39    return 0;
40}

实验结果

实验结果令人惊讶:while(u--);的平均执行时间为2300ns,而while(u) u--;则快一些,平均执行时间为1900ns。这表明不同的循环终止条件在实际执行中确实存在性能差异。

分析与讨论

尽管两种循环结构在逻辑上等价,但在编译器层面,它们的处理方式并不相同。while(u--)在循环检查阶段会先递减变量u,然后检查是否为真,而while(u) u--;则先检查变量u是否为真,再递减u。这种细微的顺序差异导致了执行指令数量的不同,进而影响了循环的总体执行时间。

结论与建议

通过对两种循环结构的实验对比,我们观察到了性能上的细微差别。虽然这种差异在大多数情况下可能不显著,但在性能敏感的场景下,选择更高效的循环结构可以带来额外的性能提升。因此,开发者在编写循环时,应考虑编译器优化和执行效率,以实现更优的代码性能。

后续研究方向

进一步的研究可以探索不同编译器和优化级别下,循环结构的性能差异,以及在不同架构


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