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這幾個編程小技巧,讓你代碼效率提高一個檔次

2018-09-30 藍鷗
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  小伙伴們在編程過程中

  有的人說我敲代碼又不好看還慢

  怎么辦?

  今天小編給大家介紹幾個編程小技巧

  讓你的代碼迅速提高檔次

  for循環

  1、for循環變量初始化

  在c語言中,我們常常這樣使用for語句:

  for (int i = 0; i < strlen(s); i++)

  這看起來似乎很完美,代碼也很漂亮,讓我們再看看另一種寫法:

  for (int i = 0, len = strlen(s); i < len; i++)

  二者唯一的不同在于后者用len變量將字符串s的長度保存了,在條件判斷時直接將i與len比較。

  第二種方法用一個額外變量len避免了每次條件判斷都要重復執行函數strlen(s),而執行該函數是非常耗時的(假設字符串的長度為n,函數執行的復雜度為O(n)),尤其是當for循環體的語句比較少,字符串比較長的時候。

  在很多leetcode題目中,兩種不同的寫法需要的運行時間相差巨大。

  同樣在C++、Java中,這種寫法for (int i = 0; i < s.length(); i++),也是不值得推薦的,盡管C++編譯時期有的編譯器會將length()函數用內聯或者一個確定的變量來替代,Java也會將其用“屬性”來替代,但我仍然傾向于使用后者。

  有意思的是,在Python的語法中,for循環用這種方式來表示:

  for i in range(len(s))

  這就避免了重復去求字符串s的長度,這種方法既有語義感,又獲得了高性能。

  2、變量定義位置(for循環內部還是外部)

  //內部for (int i = 0; i < 10; i++){ string s = ss[i]; ...}//外部string s;for (int i = 0; i < 10; i++){ s = ss[i]; ...}

  如果定義在內部,每次循環都要重新定義string變量s,意味著每次循環都要調用構造和析構函數;而定義在外部每次循環只需要調用復制構造函數。

  一般建議將大的對象定義到外部,提高運行效率,把小的對象定義在里面,提高程序可讀性。

  基本運算和函數

  1、在乘以2(或2的整數次冪)或除以2(或2的整數次冪)的時候盡量用位運算來替代。

  2、盡量減少使用除法運算(可以適當轉換為乘法,如條件判斷時將if (a == b / c)替換為if (a * c == b)。除法運算需要更多的移位和轉換操作,往往需要的時間是相應乘法的兩倍)

  3、多使用+=、-=、*=、/=等復合運算符,以加一為例,效率由高到低是(i++ 、 i += 1 、 i = i + 1)

  4、多掌握一些小巧的庫函數,例如:swap, max, min, sort, qsort, ati, stoi...它們用起來方便,效率更是比一般人寫的代碼高。

  inline、const、&修飾符

  inline讓函數內聯,建議編譯器將函數體代碼“復制粘貼”到函數調用處,在函數體短小,函數調用又比較頻繁的時候能有效避免因函數調用帶來的內存開銷(因為每一次調用函數系統都會生成許多額外的變量)。

  const不僅僅可以保證其修飾的變量不被修改,提高程序的穩定性,同時也讓編譯器更好地為我們優化代碼。

  舉個例子:我們如果用const修飾某一個常量,那么程序中所有用到該常量的地方都會用其值來代替,這樣就避免了讀取其地址而浪費時間。

  &修飾返回值類型和參數類型表示采取引用的方式傳遞,避免了對象賦值構造所需的時間和內存。

  緩存(cache)和寄存器(register)

  除了CPU,就是寄存器和緩存的訪問速度最高了,一般不建議我們自己定義寄存器變量和控制數據緩存,編譯器會自動幫我們把經常用到的一些數據放到緩存和寄存器中。

  但是,了解一些編譯器控制數據的依據對編程也有極大幫助。一般來說,放到寄存器/緩存的數據優先級為:用register修飾的變量,循環控制變量,auto局部變量,靜態變量,用戶自己分配的內存數據。

  迭代器(iterator)

  1、訪問容器中元素的時候盡量使用迭代器而不是下標或者指針。在剛從C語言轉到C++的那段時間,我非常不適應迭代器的用法,總覺得下標訪問多好,與for循環搭配在一起簡直是無敵的存在。

  后來我才慢慢發掘出迭代器的眾多優勢。

  首先,迭代器訪問元素類似與指針,相對于下標訪問不用根據下標值計算地址,這在循環中能夠節省不少時間。

  其次,迭代器作為指針一種延拓,能更好的代表并操作其所指的對象,而在下標訪問中我們往往用一個int值pos來表示pos下標下的元素,沒有面向對象編程的直觀。再次,迭代器為我們訪問各種容器(數組,vector,list,map,queue,deque,set …)中的元素提供了統一的方法,其作用類似于“語法糖”,讓編程更加簡單、方便。

  2、另外在使用迭代器的自增和自減運算符需要注意,iterator++,和++iterator的效率有天壤之別。兩種自增方式的運算符重載如下:

  iterator & operator++(){ // 前增 ++*this; return (*this);}iterator operator++(int){ // 后增 iterator temp = *this; ++*this; return (temp);}

  后增(iterator++)相對于前增(++iterator)創建了一個臨時迭代器temp,并將其返回,而前增直接返回原來迭代器的引用。在for循環中的頻繁自增操作中,創建臨時迭代器temp,以及返回temp時調用的復制構造函數所需的時間不容忽視。

  vector容器

  vector容器毫無疑問是C++STL使用最為頻繁的容器了,當然這個強大容器的使用也包含了很多的小技巧。

  1、在適當時候使用emplace和emplace_back函數來替代insert和push_back函數。

  它們之間的區別很明顯,insert和push_back函數參數是vector容器里面的模板對象,而帶emplace的函數參數是模板對象的構造函數的參數,這意味著后者將模板對象插入到vector容器的過程中不用先生成好對象,而是可以直接利用參數構造。

  當然如果模板對象已經是生成好的,那就沒有必要用emplace函數了。在很多循環遞歸迭代中,往往需要反復向vector容器中添加對象,這時候額外構造一個對象所需要的時間和空間就不容忽視了,因此這是一個vector進階用法的好trick。

  2、vector容器的底層實現是數組,并且在當元素大于最大容量的時候會重新生成一個更大的數組,將原來數組中的對象復制構造到新數組中。

  由于要重新分配大量內存以及反復調用復制構造函數,這對時間和空間的開銷是巨大的。為了減少內存的重新分配,我們可以適當的估計我們需要保存的元素數量,并在vector初始化的時候指定其capacity。

  這種方法很直接但也有其缺點,就是我們往往很難在開始的時候就估計準確我們要保存的元素數量(如果能,我們就直接用數組得了)。

  一個很好的解決辦法是:將vector中保存的元素改為指針,指針指向我們真正想要保存的對象。由于指針相對于其所指向的對象來說占用內存很小,而且在復制的時候不用調用復制構造函數,因此以上提到的一些缺點都能很好的克服。

  事實上,對于能夠熟練控制內存分配的老碼農來說,這種vector + 指針的方式是十分完美的。

  if條件判斷

  在進入討論之前,我們先思考下面這個例子:

  一個班的數學成績如下:74、76、78、94、97、68、77、65、54、89…,總共有50個數據。

  要求用程序將分數為優秀(>=80)、良好(>=70)、及格(>=60)、不及格(>=0)四個分數段。

  for 所有學生分數 if 分數 < 60 歸為不及格段 else if 分數 < 70 歸為及格段 else if 分數 < 80 歸為良好段 else 歸為優秀段

  這個偽代碼邏輯沒有問題,但是就這個數據來看這段代碼運行效率糟透了。

  由于這個班的數學成績絕大多數是良好和優秀,而這個程序需要三次if判斷才能將分數歸為良好,三次if判斷加上一個else才能將分數歸為優秀,所以絕大多數前兩個if判斷是不必要的。我們將if判斷語句的順序變換下:

  for 所有學生分數 if 分數 >= 80 歸為優秀段 else if 分數 >= 70 歸為良好段 else if 分數 >= 60 歸為及格段 else 歸為不及格段

  在這個偽代碼中絕大多數分數都在前兩個if語句中完成了分段。兩者的時間效率相差巨大,實際運行也發現,前者是后者運行時間的兩倍多。

  switch分支判斷

  switch語句的底層實現主要有三種方式:轉換為if else 語句,跳轉表,樹形結構。

  當分支比較小時,編譯器傾向于轉換為if else語句,當分支比較多,分支范圍很廣時,用樹形結構,當分支數量不算多,分支范圍緊湊時,用跳轉表。

  跳轉表的底層實現是數組映射,對條件轉換的效率為O(1),相比于另外兩種方式優勢明顯,因此我們應該盡量控制分支的數量,以及讓各個分支的int型數據緊湊。

  不知道這些技巧小伙伴們都了解了嗎?

  #你在編程過程中還有什么小技巧#

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