读书笔记——C++高性能编程（一至三）

《C++高性能编程》作者：费多尔.G.皮克斯 版本：2022年11月第1版

第一章.性能基础

描述了吞吐量，功耗，实时应用性能的含义。

阐述了“虽然几乎不可能提前预测最佳优化，但是可以确定某些设计决策将使后续优化变得非常困难甚至不可行”这样一个观点。这个观点就是说要在设计决策的时候将优化考虑在内。 

第二章.性能测试

“性能的第一条规则是'永远不要猜测性能'”。介绍了两个性能分析器：perf，gperftools(https://github.com/gperftools/gperftools)；以及一个微基准测试工具：google-benchmark（https://github.com/google/benchmark）。

以下是使用gperftools进行微基准测试的一个样例。其中编译example可执行程序的时候要增加链接库-lprofiler才能使用pprof，编译完成后要使用CPUPROFILER环境变量制定生成的文件名。下面是一个例子：

可以看到统计出的结果就是所有的时间都用在了compare2这个函数上面了。

以下是使用perf命令的样例：

打印中提及了缓存命中，缓存未命中，分支命中以及分支未命中的情况。

以下是使用google-benchmark的情况：

从这章中我们了解到，不同的整形的计算速度也是不一样的。unsigned int的计算速度要比int类型要慢。

缓存命中率和分支预判对性能的影响也比较大。因为缓存如果没命中则需要从主存中读取数据，而读取数据的时间是非常长的。

第三章.CPU架构，资源和性能

该章节讨论了指令级并行（ILP），数据依赖和流水线。然后介绍了怎么进行分支优化，分支优化即——无分支化。

如果分支的条件随即性比较强，则程序的运行效果会比较差，因为会存在“流水线冲刷”这样的操作，因为流水线会在依赖条件计算出来之前预先进行计算 ，但是如果计算结果和分支不匹配，就会发生流水线冲刷的事件。

无分支化使用的方法就是以值计算和索引替代分支判断。但是无分支化也并非一定比分支判断要快，因为无分支化需要执行更多的指令。个人理解：无分支化在判断条件后执行的语句较长就可以进行无分支化，因为较长的流水线完全可以中和分支索引计算的开销。