47. Оптимизация циклов

Существует большое число методов оптимизации циклов с самыми экзотическими названиями: «разгрузка циклов», «вывод инвариантов за циклы», «устранение индуктивных переменных», «сращивание циклов», «разматывание циклов» и т. д. В действительности все эти методы можно объединить в два эмпирических правила.

1. Никогда не следует делать в цикле ничего такого, что можно сделать вне его.

2. Где это можно, следует избавиться от передач управления внутри циклов.

Первое правило следует из истины, по которой 90 % времени исполнения программы приходится на 10 % ее кода. Эти 10 % чаще всего оказываются циклами того или иного рода. Таким образом, первое, что необходимо сделать для ускорения выполнения программы, – это определить в ней «горячие точки» и проверить все циклы в них в качестве потенциальных объектов оптимизации. Цикл далеко не всегда представляет собой изящную конструкцию, которая завершается командами LOOP, LOOPZ или LOOPNZ; часто это просто серия команд, выполнение которых повторяется в зависимости от величины некоторой управляющей переменной или флажка.

Циклы можно разделить на два вида: к первому относятся циклы со временем исполнения, которое определяется некоторыми внешними механизмами синхронизации, ко второму – те, в которых участвует только процессор. Примером первого вида цикла служит такой, в котором набор символов передается на параллельный порт. Скорость выполнения программы никогда не будет выше темпа приема байтов параллельным портом, а быстродействие данного порта на два порядка ниже, чем время выполнения любой приемлемой кодовой последовательности управления портом. Оптимизация подобных циклов с внешней синхронизацией не часто применяется. Циклы второй категории – свободные от взаимодействия с «внешним миром».

Для полной оптимизации циклов нужен методический подход к проблеме. Сначала следует тщательно проверить все циклы для отыскания операций, которые абсолютно не связаны с переменной цикла, и разгрузить цикл от этих вычислений. Следует проанализировать оставшиеся коды и по возможности упростить их, используя просмотр управляющих таблиц, которые ориентированы на определенную модель процессора команды, отказ от универсальности и любые другие известные приемы, позволяющие уменьшить кодовые последовательности и убрать «дорогостоящие» команды.

Если в некоторых вычислениях применяется текущее значение переменной цикла, следует вывернуть ситуацию наизнанку, определяя нужные величины из начального и конечного значений переменной цикла, т. е. без перебора.

После оптимизации содержимого цикла, насколько это возможно, необходимо посмотреть, можно ли где-то убрать управляющие циклы операций перехода или вызова подпрограмм.