关于循环的优化

Sworder

最近在做一个很简单的STEREO->MONO的变换函数的时候遇到了循环效率的问题。想了一下怎么优化之后，觉得有点意思，就写下来纪录一下吧。
算法的公式非常简单，MONO = (Lch + Rch) / 2
STEREO数据流中的数据是以[Lch Rch Lch Rch Lch Rch.....]这种格式存放的，一般来说，首先想到的变换方式是这样的

1. 
   
2. for (i = 0; i < MONO_BUFFSIZE; i++){
   
3.         MonoBuffer[i] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
4. }
   

复制代码

可是，我的STEREO缓冲区有5000个bytes，当然MONO_BUFFSIZE的大小就是它的一般，2500个bytes。那么上面这段代码就需要循环运算2500次。而众所周知，循环是系统资源的最大杀手。我的程序也毫不客气的占用了将近20%的CPU资源。不得不进行优化。稍微想了一下，我把上面那段代码修改成下面的样子。

1. 
   
2. i = 0;
   
3. while (i < MONO_BUFFSIZE){
   
4.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
5.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
6.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
7.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
8.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
9.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
   
10.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
    
11.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
    
12.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
    
13.         MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;
    
14. }
    

复制代码

也就是说，一次循环我要做10次的运算，那么本来2500次的循环就被我缩减到250次了。看了一下CPU资源，占用率缩小到了16%，还不是非常满意。然后又看了一下代码，发现了另外一个问题。因为MonoBuffer这个缓冲区中的数据要作为输入参数参与滤波函数的运算，而那个滤波函数要求输入参数必须是float类型的。所以我在运算的过程中加入了进行强制类型转换的符号：(float)。可是这个符号加入的意义在于，对STEREO参数的除法结果要同时保存商和余数两个部分。而我又想了一下，似乎余数部分作为滤波器输入函数，对结果的影响不是很大，可以不要。所以，我就把(float)给去掉了。果然，最后运行的时候CPU占用率下降到了12%左右。运算结果也和修改前没有很大出入。

需要提醒注意的是，因为我的缓冲区大小分别是5000和2500，都是10的倍数，所以我每次循环运算10次，没有问题。如果缓冲区的大小和每次循环运算次数不成倍数关系，那么可能会造成程序调用了非法内存地址，导致内存区域被破坏。实际应用中，每次循环的运算次数也不一定是越多越好，这个可以根据具体情况自己反复试验，以求达到最大效率。
另外，在采用类似上述代码的时候，一定要先了解清楚，当时使用的C语言解释器对类似MonoBuffer[i++] = (float)(StereoBuf[i * 2] + StereoBuf[i * 2 + 1]) / 2;这种语句是不是只有在全部运算完毕之后再进行i++自增运算的，否则就需要把i++单独列出来，作为一句独立的指令来运行。


--------转贴请保留名字，谢谢配合。

luoyong

好!!!!!!

支持Sworder多套些好东西回来

Sworder

什么套啊？这是我自己的经验～～～

renbagshoes

感谢Sworder与大家分享自己的经验！

lucifer

打开loop unrolling试试？-O2的情况下，这个默认是关闭的。

Sworder

我指的是广泛意义，过多依靠编译器来优化代码，我觉得不太好。

lucifer

自己对程序做优化，主要开始考虑算法方面，这种机械的，还是教给编译器吧。打开了loop unrolling，编译器和你做的活其实一样，呵呵，在汇编的层面上甚至比你更有效率。
当然优化不要太狠了，gcc自己都说3.4以前的会因为优化引入问题。

luoyong

不是所有编译器都能做到这个的
有些时候只靠编译器是不行的，
将军之所以成为将军，不但要有智谋，也需要他们自己也得相当能打
都承认Windows不稳定，但比尔盖茨在Basic语言的结构方面是个绝对的权威，别看人家是自学的

所以为了当将军自己多做一点没坏处

Sworder

我没有用gcc，嵌入式开发很多时候不是靠它的。
在我的编译器上面，我写的两种做法确实是产生了优化效果。所以，知道一下还是没有坏处滴，嘿嘿。。

lucifer

如果编译器没有loop unrolling的优化，那当然只有自己来了...