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这几个编程小技巧,让你代码效率提高一个档次

发布于 2018/09/04-08:00 标签: / / /

 

for循环

1.for循环变量初始化

在c语言中,我们常常这样使用for语句:

这看起来似乎很完美,代码也很漂亮,让我们再看看另一种写法:

二者唯一的不同在于后者用len变量将字符串s的长度保存了,在条件判断时直接将i与len比较。第二种方法用一个额外变量len避免了每次条件判断都要重复执行函数strlen(s),而执行该函数是非常耗时的(假设字符串的长度为n,函数执行的复杂度为O(n)),尤其是当for循环体的语句比较少,字符串比较长的时候。在很多leetcode题目中,两种不同的写法需要的运行时间相差巨大。

同样在C++、Java中,这种写法for (int i = 0; i

有意思的是,在Python的语法中,for循环用这种方式来表示:

这就避免了重复去求字符串s的长度,这种方法既有语义感,又获得了高性能。

1.变量定义位置(for循环内部还是外部)

如果定义在内部,每次循环都要重新定义string变量s,意味着每次循环都要调用构造和析构函数;而定义在外部每次循环只需要调用复制构造函数。一般建议将大的对象定义到外部,提高运行效率,把小的对象定义在里面,提高程序可读性。

基本运算和函数

1.在乘以2(或2的整数次幂)或除以2(或2的整数次幂)的时候尽量用位运算来替代。

2.尽量减少使用除法运算(可以适当转换为乘法,如条件判断时将if (a == b / c)替换为if (a * c == b)。除法运算需要更多的移位和转换操作,往往需要的时间是相应乘法的两倍)

3.多使用+=、-=、*=、/=等复合运算符,以加一为例,效率由高到低是(i++ 、 i += 1 、 i = i + 1)

4.多掌握一些小巧的库函数,例如:swap, max, min, sort, qsort, ati, stoi…它们用起来方便,效率更是比一般人写的代码高。

inline、const、&修饰符

inline让函数内联,建议编译器将函数体代码“复制粘贴”到函数调用处,在函数体短小,函数调用又比较频繁的时候能有效避免因函数调用带来的内存开销(因为每一次调用函数系统都会生成许多额外的变量)。

const不仅仅可以保证其修饰的变量不被修改,提高程序的稳定性,同时也让编译器更好地为我们优化代码。举个例子:我们如果用const修饰某一个常量,那么程序中所有用到该常量的地方都会用其值来代替,这样就避免了读取其地址而浪费时间。

&修饰返回值类型和参数类型表示采取引用的方式传递,避免了对象赋值构造所需的时间和内存。

缓存(cache)和寄存器(register

除了CPU,就是寄存器和缓存的访问速度最高了,一般不建议我们自己定义寄存器变量和控制数据缓存,编译器会自动帮我们把经常用到的一些数据放到缓存和寄存器中。但是,了解一些编译器控制数据的依据对编程也有极大帮助。一般来说,放到寄存器/缓存的数据优先级为:用register修饰的变量,循环控制变量,auto局部变量,静态变量,用户自己分配的内存数据。

迭代器(iterator)

1.访问容器中元素的时候尽量使用迭代器而不是下标或者指针。在刚从C语言转到C++的那段时间,我非常不适应迭代器的用法,总觉得下标访问多好,与for循环搭配在一起简直是无敌的存在。后来我才慢慢发掘出迭代器的众多优势。首先,迭代器访问元素类似与指针,相对于下标访问不用根据下标值计算地址,这在循环中能够节省不少时间。其次,迭代器作为指针一种延拓,能更好的代表并操作其所指的对象,而在下标访问中我们往往用一个int值pos来表示pos下标下的元素,没有面向对象编程的直观。再次,迭代器为我们访问各种容器(数组,vector,list,map,queue,deque,set …)中的元素提供了统一的方法,其作用类似于“语法糖”,让编程更加简单、方便。

2.另外在使用迭代器的自增和自减运算符需要注意,iterator++,和++iterator的效率有天壤之别。两种自增方式的运算符重载如下:

后增(iterator++)相对于前增(++iterator)创建了一个临时迭代器temp,并将其返回,而前增直接返回原来迭代器的引用。在for循环中的频繁自增操作中,创建临时迭代器temp,以及返回temp时调用的复制构造函数所需的时间不容忽视。

vector容器

vector容器毫无疑问是C++STL使用最为频繁的容器了,当然这个强大容器的使用也包含了很多的小技巧。

1.在适当时候使用emplace和emplace_back函数来替代insert和push_back函数。它们之间的区别很明显,insert和push_back函数参数是vector容器里面的模板对象,而带emplace的函数参数是模板对象的构造函数的参数,这意味着后者将模板对象插入到vector容器的过程中不用先生成好对象,而是可以直接利用参数构造。当然如果模板对象已经是生成好的,那就没有必要用emplace函数了。在很多循环递归迭代中,往往需要反复向vector容器中添加对象,这时候额外构造一个对象所需要的时间和空间就不容忽视了,因此这是一个vector进阶用法的好trick。

2.vector容器的底层实现是数组,并且在当元素大于最大容量的时候会重新生成一个更大的数组,将原来数组中的对象复制构造到新数组中。由于要重新分配大量内存以及反复调用复制构造函数,这对时间和空间的开销是巨大的。为了减少内存的重新分配,我们可以适当的估计我们需要保存的元素数量,并在vector初始化的时候指定其capacity。这种方法很直接但也有其缺点,就是我们往往很难在开始的时候就估计准确我们要保存的元素数量(如果能,我们就直接用数组得了)。一个很好的解决办法是:将vector中保存的元素改为指针,指针指向我们真正想要保存的对象。由于指针相对于其所指向的对象来说占用内存很小,而且在复制的时候不用调用复制构造函数,因此以上提到的一些缺点都能很好的克服。事实上,对于能够熟练控制内存分配的老码农来说,这种vector + 指针的方式是十分完美的。

if条件判断

在进入讨论之前,我们先思考下面这个例子:

一个班的数学成绩如下:74、76、78、94、97、68、77、65、54、89…,总共有50个数据。要求用程序将分数为优秀(>=80)、良好(>=70)、及格(>=60)、不及格(>=0)四个分数段。

这个伪代码逻辑没有问题,但是就这个数据来看这段代码运行效率糟透了。由于这个班的数学成绩绝大多数是良好和优秀,而这个程序需要三次if判断才能将分数归为良好,三次if判断加上一个else才能将分数归为优秀,所以绝大多数前两个if判断是不必要的。我们将if判断语句的顺序变换下:

在这个伪代码中绝大多数分数都在前两个if语句中完成了分段。两者的时间效率相差巨大,实际运行也发现,前者是后者运行时间的两倍多。

switch分支判断

switch语句的底层实现主要有三种方式:转换为if else 语句,跳转表,树形结构。当分支比较小时,编译器倾向于转换为if else语句,当分支比较多,分支范围很广时,用树形结构,当分支数量不算多,分支范围紧凑时,用跳转表。跳转表的底层实现是数组映射,对条件转换的效率为O(1),相比于另外两种方式优势明显,因此我们应该尽量控制分支的数量,以及让各个分支的int型数据紧凑。

来源:腾讯科技
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笛文共欣赏,疑义相与析

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