C++性能优化之一：合理使用内存

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要想在编码过程中，写出高效的代码，是需要自己长期的总结和不断学习的。工作以来，我自己也总结了一些小技巧，可以让你的程序运行的更快、内存空间使用更合理，同时我还会不断地补充该blog，争取建立出一个属于自己的c++ effective系列。

不多说，直接进入正题，以下都是我再编程过程中，总结出来c++高效编码规则，每个topic对应一个规则。

局部变量合理使用

让我们先看一段代码：

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for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
    string str = "do some thing:" + int2str(i);
    func(str);
}

这段代码，在循环中使用局部变量拼装函数func的入参，在每次循环过程中，str对象都会执行一次构造函数和析构函数，那么，在这个for循环中，单单是str的组装就耗费了1000次的内存申请和释放，局部变量占用内存小的话，影响不会很大，如果动辄几十、几百kb，那就会造成系统内存使用的波动，那么是不是有更高效的方法？

其实只需要把str变量放到for循环外部声明即可，如下面代码：

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string str;
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
    str = "do some thing:" + int2str(i);
    func(str);
}

这段代码会大大降低内存的申请和释放次数，因为首次循环后，str会申请15个字节的内存空间来容纳现有数据，第二次循环时，在赋值运算符函数中，由于str当前空间已经足够容纳第二次循环的数据，因此我们可以考虑对原有str内存进行复用，所以只存在一次数据拷贝，不存在新的内存申请和释放；到第十次循环时，需要16个字节才能容纳现有数据，因此需要释放str原有内存，申请新的内存。以此类推，我们可以算出1000次循环过程中，只有三次内存申请和释放，大大降低了内存的申请和释放次数。

小结：在循环体中，局部变量如果占用内存空间较大，会造成内存使用不合理，可以考虑放到循环体外声明

左值引用的合理使用

左值引用提升程序性能的应用场景。

首先是函数入参，看下面两个函数的声明，func1会存在一次str副本的拷贝构造的过程，且退出函数体，还需要释放str，而func2直接将str的地址传入函数体内部，不存在拷贝构造，如果str内存很大，那么节约一次拷贝的收益还是很可观的。

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void func1(const string str);  //存在冗余拷贝构造和析构
void func2(const string& str); //直接传递str变量的地址

其次是循环体中，获取数组元素时，如果我们不需要修改原始值，那么应该是使用常引用直接指向数组元素的地址，避免局部变量的冗余的拷贝构造和析构

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for (int i = 0; i < arrstrs.size(); ++i)
{
    string str = arrstrs[i];        //存在冗余拷贝构造和析构
    const string& str = arrstrs[i]; //直接使用arrstrs[i]变量的地址
    ...
}

动态数组容量提前设定

分层架构的代码中，经常出现需要对不同层次数据规格进行转换，即把其他层次的数据转化为所在层的数据格式，以下是项目中经常看见的一段代码，主要目的是把第二层的数据转化到第一层坐标数据中，代码如下：

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//变量格式声明
typedef struct _FirstLayer_PosData_t
{
    double x;
    double y;
}FirstLayer_PosData_t;
typedef struct _SecondLayer_PosData_t
{
    double x;
    double y;
    int    tag;
}SecondLayer_PosData_t;
vector<FirstLayer_PosData_t> arrfir;
vector<SecondLayer_PosData_t> arrsec;
//层数据转化代码
for (int i = 0; i < arrsec.size(); ++i)
{
    FirstLayer_PosData_t stFirstLayerPos;
    stFirstLayerPos.x = arrsec[i].x;
    stFirstLayerPos.y = arrsec[i].y;
    arrfir.push_back(stFirstLayerPos);
}

这段代码可以这样改进，其实我们要拷贝的元素个数是已知的，因此我们可以直接将arrfirst数组大小设置为arrsecond的大小即可，这就避免了在循环体中动态的去扩容（每次扩容的成本是先申请新的内存空间，将旧内存空间数据拷贝到新内存空间，然后释放旧内存空间），改进代码如下：

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arrfir.setsize(arrsec.size());
for (int i = 0; i < arrfir.size(); ++i)
{
    FirstLayer_PosData_t stFirstLayerPos;
    stFirstLayerPos.x = arrsec[i].x;
    stFirstLayerPos.y = arrsec[i].y;
    arrfir[i] = stFirstLayerPos;
}

仔细观察下，其实还有优化空间，局部变量是可以避免的，直接使用引用代替第一层数组的每个元素即可，最终优化代码如下：

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arrfir.setsize(arrsecond.size());
for (int i = 0; i < arrfirst.size(); ++i)
{
    FirstLayer_PosData_t& stFirstLayerPos = arrfir[i];
    stFirstLayerPos.x = arrsec[i].x;
    stFirstLayerPos.y = arrsec[i].y;
}

move语义的合理使用