Герб Саттер - Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация
Имеются две основные причины, почему преждевременная оптимизация зачастую не делает программу быстрее. Во-первых, общеизвестно, что программисты обычно плохо представляют, какой код будет быстрее или меньше по размеру, и где будет самое узкое место в разрабатываемом коде. В число таких программистов входят и авторы этой книги, и вы. Подумайте сами — современные компьютеры представляют собой исключительно сложные вычислительные модели, зачастую с несколькими работающими параллельно процессорами, глубокой иерархией кэширования, предсказанием ветвления, конвейеризацией и многим- многим другим. Компилятор, находящийся над всем этим аппаратным обеспечением, преобразует ваш исходный код в машинный, основываясь на собственном знании аппаратного обеспечения и его особенностей, с тем чтобы этот код в максимальной степени использовал все возможности аппаратного обеспечения. Над компилятором находитесь вы, с вашими представлениями о том, как должен работать тот или иной код. У вас практически нет шансов внести такую микрооптимизацию, которая в состоянии существенно повысить производительность генерируемого интеллектуальным компилятором кода. Итак, оптимизации должны предшествовать измерения, а измерениям должна предшествовать выработка целей оптимизации. Пока необходимость оптимизации не доказана — вашим приоритетом №1 должно быть написание кода для человека. (Если кто-то потребует от вас оптимизации кода — потребуйте доказательств необходимости этого.)
Во-вторых, в современных программах все больше и больше операций, скорость работы которых ограничена не процессором, а, например, работой с памятью, диском или сетью, ожиданием ответа от Web-сервиса или базы данных. В лучшем случае оптимизация такого кода приведет к тому, что ваша программа будет быстрее ожидать. Это также означает, что программист зря тратит драгоценное время на улучшение того, что не требует улучшений, вместо того, чтобы заняться тем, что действительно требует его вмешательства.
Само собой разумеется, настанет день, когда вам действительно придется заняться оптимизацией вашего кода. Когда вы займетесь этим — начните с оптимизации алгоритмов (рекомендация 7) и попытайтесь инкапсулировать оптимизацию (например, в пределах функции или класса, см. рекомендации 5 и 11), четко указав в комментариях причину проводимой оптимизации и ссылку на использованный алгоритм.
Обычная ошибка новичка состоит в том, что когда он пишет новый код, то — с гордостью! — старается сделать его оптимальным ценой понятности. Чаще всего это приводит к милям "спагетти" (говоря проще — к "соплям" в программе), и даже корректно работающий код становится очень трудно читать и модифицировать (см. рекомендацию 6).
Передача параметров по ссылке (рекомендация 25), использование префиксной формы операторов ++ и -- (рекомендация 28) или подобных идиом, которые при работе должны естественным образом "стекать с кончиков ваших пальцев", преждевременной оптимизацией не являются. Это всего лишь устранение преждевременной пессимизации (рекомендация 9).
ПримерыПример. Ирония использования inline. Это простейшая демонстрация скрытой стоимости преждевременной микрооптимизации. Профайлеры легко могут сказать вам (исследовав количество вызовов функций), какие функции должны быть встраиваемыми, но не являются таковыми. Но те же профайлеры не в состоянии подсказать, какие встраиваемые функции не должны быть таковыми. Очень многие программисты используют "встраивание по умолчанию" во имя оптимизации, почти всегда за счет большей связности программы достигая в лучшем случае весьма сомнительных результатов. (Сказанное означает, что делать функцию встраиваемой должен компилятор, а не программист. См. [Sutter00], [Sutter02] и [Sutter04].)
ИсключенияКогда вы пишете библиотеки, трудно предсказать, какие операции будут использоваться в критичном по отношению к производительности коде. Но даже автор библиотеки должен испытать свой код на производительность в разнообразных пользовательских приложениях перед тем, как усложнять свой код оптимизацией.
Ссылки[Bentley00] §6 • [Cline99] §13.01-09 • [Kernighan99] §7 • [Lakos96] §9.1.14 • [Meyers97] §33 • [Murray93] §9.9-10, §9.13 • [Stroustrup00] §6 introduction • [Sutter00] §30, §46 • [Sutter02] §12 • [Sutter04] §25
9. Не пессимизируйте преждевременно
То, что просто для вас, — просто и для кода. При прочих равных условиях, в особенности — сложности и удобочитаемости кода, ряд эффективных шаблонов проектирования и идиом кодирования должны естественным образом "стекать с кончиков ваших пальцев" и быть не сложнее в написании, чем их пессимизированные альтернативы. Это не преждевременная оптимизация, а избежание излишней пессимизации.
ОбсуждениеИзбежание преждевременной оптимизации не влечет за собой снижения эффективности. Под преждевременной пессимизацией мы подразумеваем написание таких неоправданных потенциально неэффективных вещей, как перечисленные ниже.
• Передача параметров по значению там, где применима передача параметров по ссылке (рекомендация 25).
• Использование постфиксной версии ++ там, где с тем же успехом можно воспользоваться префиксной версией (рекомендация 28).
• Использование присваивания в конструкторах вместо списка инициализации (рекомендация 48).
Не является преждевременной оптимизацией снижение количества фиктивных временных копий объектов, в особенности во внутренних циклах, если это не приводит к усложнению кода. В рекомендации 18 поощряется максимально локальное объявление переменных, но там же приведено и описание исключения — возможный вынос переменных из цикла. В большинстве случаев такое действие не усложняет понимание предназначения кода, более того, может помочь пояснить, что именно делается в цикле и какие вычисления являются его инвариантами. Конечно же, предпочтительно использовать готовые алгоритмы вместо написания явных циклов (рекомендация 84).
Два важных способа усовершенствования программы, которые делают ее одновременно и яснее, и эффективнее — это использование абстракций (см. рекомендации 11 и 36) и библиотек (рекомендация 84). Например, использование vector, list, map, find, sort и других возможностей стандартной библиотеки, стандартизированных и реализованных экспертами мирового класса, не только делают ваш код яснее и легче понимаемым, но зачастую и более быстрым.
Избежание преждевременной пессимизации становится особенно важным, когда вы пишете библиотеку. При этом вы обычно не знаете контекста использования вашей библиотеки, а поэтому должны суметь сбалансировать эффективность и возможность повторного использования. Не забывайте уроков рекомендации 7 — следует куда больше заботиться о масштабируемости, чем о выигрыше пары тактов процессора.
Ссылки[Keffer95] pp. 12-13 • [Stroustrup00] §6 introduction • [Sutter00] §6
10. Минимизируйте глобальные и совместно используемые данные
Совместное использование вызывает споры и раздоры. Избегайте совместного использования данных, в особенности глобальных данных. Совместно используемые данные усиливают связность, что приводит к снижению сопровождаемости, а зачастую и производительности.
ОбсуждениеЭто утверждение носит более общий характер, чем более узкое требование рекомендации 18.
Следует избегать данных со внешним связыванием в области видимости пространства имен или представляющих собой статические члены классов. Их применение усложняет логику программы и приводит к тесной связи между различными (и, что еще хуже, отдаленными) частями программы. Совместно используемые данные делают менее эффективным тестирование модулей, поскольку корректность фрагмента кода, использующего общие данные, обусловлена историей изменения этих данных, а кроме того, обуславливает функционирование некоторого, пока неизвестного, кода, который будет использовать эти данные позже.
Имена объектов в глобальном пространстве имен приводят к его дополнительному засорению.
Если вам никак не обойтись без глобальных объектов, объектов в области видимости пространства имен или статических членов классов, убедитесь в их корректной инициализации. Порядок инициализации таких объектов из разных единиц компиляции не определен, поэтому для корректной работы в таком случае требуются специальные методики (см. прилагаемые ссылки). Правила порядка инициализации достаточно сложны, поэтому лучше их избегать; но если вы все же вынуждены иметь с ними дело, то должны хорошо их изучить и использовать с величайшей осторожностью.
Объекты, находящиеся в области видимости пространств имен, статические члены или совместно используемые разными потоками или процессами, снижают уровень распараллеливания в многопоточных и многопроцессорных средах, и часто являются узким местом с точки зрения производительности и масштабируемости (см. рекомендацию 7). Старайтесь избавиться от совместного использования данных; используйте вместо него средства коммуникации (например, очередь сообщений).
