C语言性能优化与代码调优实战

📚 共计 30 章节

性能优化概述

为什么要做性能优化？性能指标（吞吐量、延迟、CPU占用率）与优化流程。

编译器优化基础

GCC/Clang常用优化选项（-O0 ~ -Os），优化级别对代码的影响。

数据结构选择

数组 vs 链表 vs 哈希表，不同场景下的性能差异与选择策略。

内存布局与缓存优化

CPU缓存原理、缓存行对齐、局部性原理、避免缓存抖动。

缓存局部性

循环展开、循环交换、循环合并、减少循环内分支。

分支预测优化

减少难以预测的分支、使用likely/unlikely宏、查表代替分支。

函数调用优化

内联函数、减少函数调用开销、尾递归优化。

内存分配优化

栈分配 vs 堆分配、内存池、对象池、减少动态分配。

字符串处理优化

避免重复分配、使用栈缓冲区、字符串拼接优化。

字符串缓冲区

位运算技巧

用位运算代替乘除法、位掩码、快速判断奇偶、交换变量。

位运算技巧

SIMD指令集入门

SSE/AVX基础、向量化编程、自动向量化与手动向量化。

多线程性能优化

线程创建开销、锁竞争、无锁编程、原子操作。

并发数据结构

无锁队列、读写锁、RCU、并发哈希表。

内存屏障与原子操作

volatile关键字、内存序（memory_order）、CAS操作。

性能分析工具（上）

gprof使用、函数调用图、热点函数识别。

性能分析工具（下）

perf使用、硬件计数器、火焰图生成与分析。

代码剖析与微基准测试

微基准测试陷阱、Google Benchmark库、统计显著性。

Benchmark测试

缓冲I/O vs 直接I/O、mmap、异步I/O、io_uring。

网络编程优化

epoll vs select/poll、Reactor模式、零拷贝技术。

编译时优化

常量折叠、死代码消除、内联展开、模板元编程。

编译元编程

链接时优化

LTO（链接时优化）、跨模块内联、减少符号表大小。

代码大小优化

-Os优化、代码压缩、函数节、去除调试信息。

实时系统优化

确定性、最坏情况执行时间（WCET）、避免动态内存。

GPU编程基础

CUDA入门、数据传输优化、核函数优化。

OpenMP并行优化

并行循环、任务并行、归约操作、调度策略。

算法复杂度优化

大O表示法、空间换时间、预计算、缓存结果。

复杂度预计算

预取与预加载

软件预取指令、数据预取、指令预取。

预取预加载

异常与错误处理优化

避免异常开销、错误码 vs 异常、断言使用。

跨平台性能优化

不同CPU架构差异、字节序、对齐要求、可移植性。

跨平台字节序

综合实战案例

从10秒到100毫秒——一个真实项目的性能优化全过程。