C++以高性能著稱，性能優化是C++程序員繞不過去的一個話題，性能優化是一個復雜、全局而又細節的問題，本文總結C++性能分析中常用的知識。

性能優化的時機

大部分關于性能優化的文章都強調：不要過早的進行性能優化。

C++編碼層面

數據結構和算法

選擇最優的數據結構和算法是保證程序性能的基礎。

為了極致的性能，有時候還需要根據實際業務定義自己的數據結構和算法。

避免不必要的復制

內聯函數

常量表達式

使用 constexpr 使得表達式在編譯時計算。

constexpr int square(int x) { return x * x; }int main() {int result = square(5); // 編譯時計算return 0;
}

避免不必要的類型轉換

避免頻繁的類型轉換，特別是盡量避免使用 dynamic_cast，尤其是在性能關鍵路徑中。

class Base { public: virtual void doSomething() {} };
class Derived : public Base { public: void doSomething() override {} };int main() {Base* base = new Derived();Derived* derived = static_cast<Derived*>(base); // 使用 static_cast 避免動態類型轉換derived->doSomething();delete base;return 0;
}

使用移動優化

……

硬件層面

內存管理

頻繁的內存分配和釋放導致性能下降，使用內存池來預分配一塊大內存區域，避免多次分配和釋放內存。

#include <vector>class MemoryPool {
public:
void* allocate(size_t size) {}void deallocate(void* ptr) {}private:
std::vector<void*> freeList;
};

優化常用操作

條件分支導致 CPU 分支預測失敗，可以優化代碼中條件分支的順序，避免分支預測失敗。

for (int i = 0; i < 1000; ++i) {if (i % 2 == 0) {// 一部分代碼，高頻的部分可以放在前面} else {// 另一部分代碼}
}

編譯器優化

充分相信編譯器是聰明到了極致，而不是自作聰明的去揣測編譯器

并性編程

多線程 并行執行任務，充分利用多核 CPU。

CPU緩存優化

數據訪問順序導致緩存未命中，影響性能，調整內存訪問順序，增加數據的局部性。如下為經典示例

const int SIZE = 10000;
int arr[SIZE][SIZE];// 訪問順序優化，按列訪問時可能導致緩存未命中
for (int j = 0; j < SIZE; ++j) {for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {arr[i][j] = i * j;}
}// 更好的訪問順序，按行訪問
for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {for (int j = 0; j < SIZE; ++j) {arr[i][j] = i * j;}
}

I/O 性能

性能分析工具

Visual Studio性能探測器

gprof 進行性能分析

VTune工具