錢能C程序設計教程課件

1、10/28/2021錢能C程序設計教程1C+程序設計教程(第二版)Chapter 6 Performance 10/28/2021錢能C程序設計教程2n提高性能的意義： 性能對提高編程能力舉足輕重n如何提高性能？ 以合理使用資源為前提，盡快完成任務的能力稱為效率效率影響性能，提高效率就能提高性能n學習目標： 1. 擴展視野，對同一問題的不同要求，模仿各種編程技巧與空間布局策略，予以應對從而對各種不同的問題，亦能應變自如 2. 掌握測試性能的方法，學會測算時/空交換的代價，客觀評估自身的編程能力10/28/2021錢能C程序設計教程3第六章內(nèi)容n 內(nèi)聯(lián)函數(shù)內(nèi)聯(lián)函數(shù) ( Inline Functi

2、ons ) n 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構 ( Data Structures ) n 算法算法 ( Algorithms ) n 數(shù)值計算數(shù)值計算 ( Numerical Computation )n STL算法算法 ( STL Algorithms ) n 動態(tài)內(nèi)存動態(tài)內(nèi)存 ( Dynamic Memory ) n 低級編程低級編程 ( Lower Programming ) 10/28/2021錢能C程序設計教程41. 內(nèi)聯(lián)函數(shù)內(nèi)聯(lián)函數(shù) ( Inline Functions )n做法：將一些反復被執(zhí)行的簡單語句序列做成小函數(shù)n用法：在函數(shù)聲明前加上inline關鍵字n作用：不損害可讀性又能提高性能

3、10/28/2021錢能C程序設計教程5n/=n#includenboolbool isDigit(charchar); / 小函數(shù)nintint main( )n forfor(charchar c; cinc & c!=n; )n ifif(isDigit(c) n std:cout“Digit.n;n elseelse std:cout=0 & ch=9 ? 1 : 0;n/=頻繁調(diào)用的函數(shù)：用昂貴的開銷換取可讀性10/28/2021錢能C程序設計教程6n/=n#includenintint main( )n forfor(charchar c; cinc & c

4、!=n; )n ifif(ch=0 & ch=9 ? 1 : 0)n std:cout“Digit.n;n elseelse n std:cout“NonDigit.n;n/=內(nèi)嵌代碼：開銷雖少，但可讀性差10/28/2021錢能C程序設計教程7內(nèi)聯(lián)方式：開銷少，可讀性也佳n/=n#includeninline inline boolbool isDigit(charchar); / 小函數(shù)nintint main( )n forfor(charchar c; cinc & c!=n; )n ifif(isDigit(c) n std:coutDigit.n;n elseels

5、e n std:cout=0 & ch=9 ? 1 : 0;n/=內(nèi)聯(lián)標記放在函數(shù)聲明的前面10/28/2021錢能C程序設計教程8內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用經(jīng)驗：n函數(shù)體適當小,且無循環(huán)或開關語句，這樣就使嵌入工作容易進行，不會破壞原調(diào)用主體如：排序函數(shù)不能內(nèi)聯(lián)n程序中特別是在循環(huán)中反復執(zhí)行該函數(shù)，這樣就使嵌入的代碼利用率較高如：上例中的isDigit函數(shù)n程序并不多處出現(xiàn)該函數(shù)調(diào)用，這樣就使嵌入工作量相對較少，代碼量也不會劇增 10/28/2021錢能C程序設計教程9n/=n#includen#includenusing namespaceusing namespace std;n/-nint

6、int calc1(intint a, intint b) returnreturn a+b; ninline intinline int calc2(intint a, intint b) returnreturn a+b; n/-nintint main()n intint x1000, y1000, z1000;n clock_t t = clock();n forfor(intint i=0; i1000*1000*1000; +i)n zi = calc1(xi%1000, yi%1000);n cout(clock()-t)/CLK_TCK“without inlinen;n t

7、= clock();n forfor(intint i=0; i1000*1000*1000; +i)n zi = calc2(xi%1000, yi%1000);n cout(clock()-t)/CLK_TCKf0605 8.281 without inline2.437 with inline10/28/2021錢能C程序設計教程112. 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構 ( Data Structures )n揭示：將數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)為數(shù)據(jù)類型是編程的高級境界，STL容器就是系統(tǒng)提供的現(xiàn)成數(shù)據(jù)結構n做法：充分和合理使用STL容器,簡化復雜問題,提高編程效率與程序性能10/28/2021錢能C程序設計教程1

8、2問題：有許多序列，每個序列都等待驗證是否可從順序數(shù)列經(jīng)過棧操作而得 例如：順序數(shù)列 1,2,3,4,5 待驗證序列 3,2,1,5,4 待驗證序列 5,3,4,2,110/28/2021錢能C程序設計教程13采用不同的數(shù)據(jù)結構#include#include#include/ 棧方式： #include/ 向量方式：#includeusing namespace std;10/28/2021錢能C程序設計教程14棧方式/=intint main() ifstream in(rail.txt); forfor(intint n,line=0; inn & n & in.igno

9、re(); ) cout(line+ ? n:); forfor(string s; getline(in, s) & s!=0; ) istringstream sin(s); stack st; forfor(intint last=0,coach; sincoach; st.pop() forfor(intint p=last+1; p=coach; +p) st.push(p); if if(lastcoach) last=coach; if if(st.top()!=coach) break; coutn & n & in.ignore(); ) cout(l

10、ine+ ? n:); forfor(string s; getline(in, s) & s!=0; ) istringstream sin(s); vector st; forfor(intint last=0,coach; sincoach; st.pop_back() forfor(intint p=last+1; p=coach; +p) st.push_back(p); if if(lastcoach) last=coach; if if(st.back()!=coach) break; cout(!sin ? Yesn : Non); /=模仿棧操作10/28/2021錢

11、能C程序設計教程16結論n不同的數(shù)據(jù)結構有不同的操作和性能n應學習使用不同數(shù)據(jù)結構的經(jīng)驗10/28/2021錢能C程序設計教程173. 算法算法 ( Algorithms )n揭示：確定了數(shù)據(jù)結構之后，所采用的算法將直接決定程序的性能；任何語言都有個性，算法的選擇使用是靈巧運用語言的藝術，充分發(fā)揮語言的優(yōu)勢是活用算法的根本n做法：培養(yǎng)經(jīng)驗，用測試的辦法對算法進行選擇10/28/2021錢能C程序設計教程18問題：已知不太大的正整數(shù)n（n46），求Fibonacci數(shù)列 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 的第n項的值對于后面的四種算法： unsigned fibo1 (unsigne

12、d n); unsigned fibo2 (unsigned n); unsigned fibo3 (unsigned n); unsigned fibo4 (unsigned n);如何選擇其中之一 第0項第1項第2項10/28/2021錢能C程序設計教程19算法：遞歸法 優(yōu)點：算法簡單，容易編程 缺點：棧空間負擔過重，調(diào)用開銷過大nunsigned fibo1 (unsigned n)nn if (n=1) return n;n return fibo1(n-1) + fibo1(n-2);nn=0或110/28/2021錢能C程序設計教程20算法：迭代法 優(yōu)點：節(jié)省空間，節(jié)省時間缺點：編

13、程相對復雜nunsigned fibo2 (unsigned n)nn int c=n;n for (int a=0,b=1,i=2; i=n; +i)n c=a+b, a=b, b=c;n return c;n10/28/2021錢能C程序設計教程21算法3：向量迭代法 優(yōu)點：節(jié)省時間 缺點：n越大，占用堆空間越多nunsigned fibo3 (unsigned n)nn vector v(n+1, 0); n v1 = 1;n for (unsigned i=2; i=n; +i)n vi = vi-1 + vi-2;n return vn;n10/28/2021錢能C程序設計教程22算

14、法4：直接計算法 優(yōu)點：節(jié)省時間 缺點：引入了浮點計算nunsigned fibo4 (unsigned n)nn return n ( pow ( (1+ sqrt ( 5.0 ) ) / 2, n)n pow ( (1 sqrt ( 5.0 ) ) / 2, n) )n / sqrt ( 5.0 ) ;n10/28/2021錢能C程序設計教程23nfibo1：只在示意性編程中使用，但并不是否定一切遞歸法nfibo2：在講究性能的場合中使用，它省空間省時間，但在n很大的場合中，性能比不上fibo4nfibo3：可以數(shù)組代替向量，提高低級編程的性能，它易編易用，還可以讀取中間項的值，但在一味追

15、求性能的場合中，比不上fibo2nfibo4：在n不太大時，與fibo2相當，在n趨向很大時，其性能優(yōu)勢便充分體現(xiàn)10/28/2021錢能C程序設計教程244. 數(shù)值計算數(shù)值計算 ( Numerical Computation )n揭示：在近似計算中，除了計算范圍與終止計算條件外，還涉及逼近的快慢，這與算法有很大關系，選擇成熟的算法具有決定性作用n做法：了解各種數(shù)值計算算法的特點及使用場合，有的放矢解決實際問題10/28/2021錢能C程序設計教程25數(shù)值計算的參數(shù)描述template / T為賴以計算的數(shù)系 T method ( / method為某種算法T a, / 左邊界T b, / 右

16、邊界 const T Epsilon, / 終止條件 T ( * f ) ( T ) / 求值數(shù)學函數(shù));10/28/2021錢能C程序設計教程26矩形法double rectangle(double a, double b, const double Eps, double (*f ) (double) ) double w=b-a, sN = w*( f (a) + f (b) ) / 2, sO=0; for ( int n=1; abs ( sN - sO ) = Eps; n*=2 ) sO = sN; sN = 0; for ( int i=0; i Eps; n+=n, h/=2

17、.0 ) In=I2n; Tn=T2n; / In老積分值 double sigma=0; for ( int k=0; kn; k+ ) sigma += f ( a+(k+0.5)*h ); T2n=(Tn+h*sigma)/2; I2n=(4*T2n-Tn)/3; / I2n新積分值 return I2n;小矩形求和辛普生處理前后兩次辛普生值的差10/28/2021錢能C程序設計教程28性能比較求同樣的數(shù)學函數(shù)，區(qū)間和精度矩陣法比辛普生法多循環(huán)許多次10/28/2021錢能C程序設計教程295. 標準標準+ 算法算法 ( Standard C+ Algorithms )n揭示：標準C+提

18、供了諸多算法，這些算法的組合構成了許多問題的解，對算法的準確了解是編程能力的一大體現(xiàn)n做法：吃透標準+算法，靈活運用之10/28/2021錢能C程序設計教程30容器的區(qū)間表示vector a (10);/ 下面表示待處理的元素vector b (a.begin ()+1, a.begin ()+7 ); 0123456789首尾待處理的元素10/28/2021錢能C程序設計教程31逐一讀入兩個字串，比較是否含有相同元素int main ( ) ifstream in ( string.txt ) ; for (string s,t; inst; ) 比較 輸出 yes 或 no 10/28/2

19、021錢能C程序設計教程32分別排序，直接加以字串比較是直截了當?shù)乃悸罚篺or ( string s,t; inst; ) sort ( s.begin ( ), s.end ( ) ) ; sort ( t.begin ( ), t.end ( ) ) ; coutst; ) int s1=count(s.begin(), s.end(), 1); int s0=count(s.begin(), s.end(), 0); int t1=count(t.begin(), t.end(), 1); int t0=count(t.begin(), t.end(), 0); coutst; ) in

20、t s1=count ( s.begin(), s.end(), 1) ; int t1=count ( t.begin(), t.end(), 1) ; cout (s1=t1 & s.length()=t.length() ? yesn : non);C+標準算法10/28/2021錢能C程序設計教程356. 動態(tài)內(nèi)存動態(tài)內(nèi)存 ( Dynamic Memory )n揭示：許多問題不知道數(shù)據(jù)量的大小，需要所運用的數(shù)據(jù)結構具有擴容能力；許多問題要求時間性能甚于空間占用充分利用堆空間(動態(tài)內(nèi)存)是解決這些問題的關鍵n做法：理解堆空間的使用場合，學習堆空間的使用方法10/28/2021錢能

21、C程序設計教程36使用容器，便是自動使用堆內(nèi)存例如，從abc.txt中讀取諸段落： ifstream in ( abc.txt ) ; vector ps ; / ps.reserve(1100) ; 可以預留 for ( string s ; getline ( in, s ) ; ) ps.push_back(s) ;預留是減小頻繁擴容造成的數(shù)據(jù)移動開銷10/28/2021錢能C程序設計教程37若每個數(shù)據(jù)的處理，都要用到已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)時，保存歷史數(shù)據(jù)，則可以改善時間性能例如，統(tǒng)計一億之內(nèi)的素數(shù)個數(shù)(原始版)： bool isPrime(int n) int sqrtn=sqrt(n*1.0

22、); for(int i=2; i=sqrtn; +i) if(n%i=0) return false; return true;/-int main() int num=0; for(int i=2; i=100000000; +i) if(isPrime(i) num+; coutnumendl;/-10/28/2021錢能C程序設計教程38空間換時間版int main() bitset* p = new bitset; p-set(); for(int i=2; itest(i) for(int j=i*i; jsize(); j+=i) p-reset(j); int num=0; for(int i=2; itest(i) num+; coutnum0 & scanf(%s,b)0) printf(%s, strlen(a)=strlen(b) & cnt(a)=cnt(b)? yesn : non);10/