C++性能优化手册（影印版 英文版） [Optimized C++] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Kurt，Guntheroth 著

图书标签:

• C++
• 性能优化
• 优化技巧
• 代码质量
• 高效编程
• 英文版
• 影印版
• 编程技术
• 计算机科学
• 软件开发
• Optimized C++

出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564169992

版次：1

商品编码：12151344

包装：平装

外文名称：Optimized C++

开本：16开

出版时间：2017-02-01

用纸：胶版纸

页数：366

字数：475000

正文语种：英文

内容简介

　　在当今飞速发展和充满竞争的世界中，对于客户而言，程序的性能与功能一样重要。这本实践指南为开发人员讲解在C++中实现优化的性能调优原则。你将学习如何令已经包含了C++设计实践的代码在任何计算机上——无论是手表、电话、工作站、超级计算机还是全球服务器网络——很快地运行并消耗少的资源。
　　作者提供了几个运行示例，演示如何逐步应用这些原则以改进现有代码，从而满足客户对响应速度和数据吞吐量的要求。

作者简介

　　Kurt Guntheroth，是一位有超过35年经验的软件开发人员，其中25年的时间被他用来编写大量C++代码。他在Windows、Linux和嵌入式设备上开发。kurt住在华盛顿州西雅图市。

目录

Preface
1． An Overview of Optimization
Optimization Is Part of Software Development
Optimization Is Effective
It's OK to Optimize
A Nanosecond Here， a Nanosecond There
Summary of Strategies for Optimizing C++ Code
Use a Better Compiler， Use Your Compiler Better
Use Better Algorithms
Use Better Libraries
Reduce Memory Allocation and Copying
Remove Computation
Use Better Data Structures
Increase Concurrency
Optimize Memory Management
Summary

2． Computer Behavior Affecting Optimization
Lies C++ Believes About Computers
The Truth About Computers
Memory Is Slow
Memory Is Not Accessed in Bytes
Some Memory Accesses Are Slower than Others
Memory Words Have a Big End and a Little End
Memory Has Finite Capacity
Instruction Execution Is Slow
Making Decisions Is Hard for Computers
There Are Multiple Streams of Program Execution
Calling into the Operating System Is Expensive
C++ Tells Lies Too
All Statements Are Not Equally Expensive
Statements Are Not Executed in Order
Summary

3． Measure Performance
The Optimizing Mindset
Performance Must Be Measured
Optimizers Are Big Game Hunters
The 90/10 Rule
Amdahl's Law
Perform Experiments
Keep a Lab Notebook
Measure Baseline Performance and Set Goals
You Can Improve Only What You Measure
Profile Program Execution
Time Long-Running Code
'~ Little Learning" About Measuring Time
Measuring Time with Computers
Overcoming Measurement Obstacles
Create a Stopwatch Class
Time Hot Functions in a Test Harness
Estimate Code Cost to Find Hot Code
Estimate the Cost of Individual C++ Statements
Estimate the Cost of Loops
Other Ways to Find Hot Spots
Summary

4． Optimize String Use： A Case Study
Why Strings Are a Problem
Strings Are Dynamically Allocated
Strings Are Values
Strings Do a Lot of Copying
First Attempt at Optimizing Strings
Use Mutating String Operations to Eliminate Temporaries
Reduce Reallocation by Reserving Storage
Eliminate Copying of String Arguments
Eliminate Pointer Dereference Using Iterators
Eliminate Copying of Returned String Values
Use Character Arrays Instead of Strings
……

5． Optimize Algorithms
6． Optimize Dynamically Allocated Variables
7． Optimize Hot Statements
8． Use Better Libraries
9． Optimize Searching and Sorting
10． Optimize Data Structures
11． Optimize I/0
12． Optimize Concurrency
13． Optimize Memory Management

精彩书摘

　　《C++性能优化手册（影印版 英文版）》：
　　A sundial makes use of the periodic off—plane rotation of the Earth.By definition，one full rotation is one day The Earth makes an imperfect clock because its period is long，and because its rotation speeds up and slows down detectably （in microseconds） as the continents drift slowly across its surface.This variation is random.Tidal forces from the Moon and Sun slow the overall rate of the Earth's rotation.This variation is systematic.
　　A grandfather clock counts the regular swinging of a pendulum.Gears divide the pendulum's swing down to drive hands that display the time.The period of the pendulum may be manually adjusted so that the displayed time is synchronized to the Earth's rotation.The period of a pendulum's swing depends on the weight of the pendulum and its length，so that every swing may be faster or slower than desired.This variation is systematic.Friction，air pressure，and the accumulation of dust may all affect a pendulum even ifit is initially set perfectly.These are random sources of variation.
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《C++性能优化实战精粹》 前言 在当今软件开发领域，效率与速度已成为衡量应用程序质量的关键指标。尤其是在游戏开发、高频交易、嵌入式系统、科学计算以及任何对实时响应要求极高的场景中，C++的强大性能潜力得以充分释放，但也伴随着对精细化调优的严苛要求。本书旨在深入剖析C++语言的底层机制，揭示性能瓶颈的根源，并提供一套系统、实操性强的性能优化策略。我们不追求“银弹”，而是致力于帮助开发者建立一种严谨的性能意识，掌握科学的分析方法，并熟练运用各种优化技巧，从而打造出更加高效、可靠的C++应用程序。 第一章：性能优化的基石——深入理解C++内存模型与底层运作 本章将从最基础的层面入手，为后续的性能分析和优化打下坚实的基础。我们将详细探讨C++的内存模型，包括栈、堆、全局/静态存储区以及常量存储区。理解它们的生命周期、分配与回收机制，是避免内存泄漏、栈溢出以及不必要内存开销的前提。 栈： 深入分析栈帧的创建与销毁，局部变量的作用域与生命周期，函数调用的开销，递归与尾递归优化。 堆： 详解 `new` / `delete`、`malloc` / `free` 的工作原理，理解动态内存分配的碎片化问题，以及如何通过内存池、对象复用等技术来缓解。 全局/静态存储区： 探讨静态变量与全局变量的初始化顺序、生命周期，以及它们对程序启动时间和内存占用的影响。 常量存储区： 理解字符串字面量、const对象的存储位置及其不可修改性，以及其对性能的影响。 内存对齐与缓存行： 解释CPU缓存（L1, L2, L3）的工作原理，缓存行（Cache Line）的概念，以及数据结构内存对齐为何对缓存命中率至关重要。我们将演示如何通过调整结构体成员顺序、使用对齐指令等方式来优化数据访问效率。 C++对象的生命周期与构造/析构： 详细讲解对象的创建、拷贝、移动和销毁过程，理解构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、移动构造函数、移动赋值运算符以及析构函数的调用时机和开销。 第二章：性能分析的利器——剖析Profiling与Benchmarking技术 没有测量就没有优化。本章将聚焦于如何科学地识别性能瓶颈。我们将介绍多种常用的性能分析工具和方法，帮助开发者精准定位代码中的“慢”之处。 Profiling基础： 概念与原理： 介绍仪器化（Instrumentation）、抽样（Sampling）等Profiling技术。 常用Profiling工具： gprof (GNU Profiler): 介绍其基本用法，如何生成和解读call graph，以及其局限性。 Valgrind (Callgrind/Cachegrind): 深入讲解Valgrind的强大功能，特别侧重于Callgrind（函数调用分析）和Cachegrind（缓存性能分析）。演示如何使用它来查找函数调用次数、执行时间分布以及缓存未命中情况。 Perf (Linux Performance Analysis Tools): 介绍Linux下强大的系统级性能分析工具，包括事件计数、性能计数器（PMC）的使用，以及如何分析CPU、内存、I/O等方面的瓶颈。 Visual Studio Profiler / Xcode Instruments: 介绍集成开发环境（IDE）内置的Profiling工具，其便捷的图形化界面和易用性。 Benchmarking实践： 为何需要Benchmarking： 区分Profiling与Benchmarking，强调Benchmarking在验证优化效果、对比不同实现方案时的作用。 Google Benchmark Library： 详细介绍Google Benchmark的API，如何编写精确的性能测试，如何进行多次迭代、排除JIT（Just-In-Time）编译或编译器优化的影响，以及如何生成详细的性能报告。 编写有效的Benchmark： 讨论在设计Benchmark时需要注意的陷阱，如测试数据的代表性、避免外部干扰、考虑缓存预热等。 第三章：代码层面的艺术——精通C++编译器优化与语言特性利用 编译器是程序性能的“魔法师”，理解其优化原理并善加利用，能够显著提升代码执行效率。本章将深入探讨C++语言特性如何与编译器优化协同工作，以及如何编写“编译器友好”的代码。 理解编译器的优化级别： O0, O1, O2, O3, Os, Oz： 解释不同优化级别的含义和侧重点（速度vs大小）。 Profile-Guided Optimization (PGO): 深入讲解PGO的概念和工作流程，演示如何通过收集实际运行数据来指导编译器进行更精准的优化，显著提升热点代码的性能。 常见的编译器优化技术： 内联（Inlining）： 解释函数内联的作用，包括普通函数内联、模板函数内联、`inline`关键字的语义。讨论何时应该手动内联，以及编译器在处理内联时的权衡。 循环展开（Loop Unrolling）： 阐述循环展开如何减少循环控制开销，提高指令并行性。演示手动进行循环展开的场景和注意事项。 死代码消除（Dead Code Elimination）： 解释编译器如何移除无用的代码。 常量折叠（Constant Folding）与常量传播（Constant Propagation）： 描述编译器如何提前计算常量表达式，减少运行时计算。 函数内联（Function Inlining）与过程间优化（Interprocedural Optimization - IPO）： 深入分析编译器如何跨函数进行优化。 向量化（Vectorization）： 介绍SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集（如SSE, AVX），以及编译器如何自动将循环转换为向量化指令，实现数据并行处理。 寄存器分配（Register Allocation）： 解释编译器如何高效利用CPU寄存器，减少内存访问。 C++语言特性与性能： 值传递 vs 引用传递 vs 指针传递： 分析它们在复制开销、内存访问上的差异。 `const`的性能影响： `const`变量如何帮助编译器进行优化。 `constexpr`与模板元编程： 讲解它们如何实现编译时计算，将大量计算移到编译期。 RAII (Resource Acquisition Is Initialization)： 强调RAII模式在资源管理上的优势，避免内存泄漏，并对性能的影响。 移动语义（Move Semantics）与右值引用（Rvalue References）： 详细阐述移动构造函数和移动赋值运算符如何通过“窃取”资源来避免昂贵的深拷贝，显著提升大数据结构（如 `std::vector`, `std::string`）的性能。 零成本抽象（Zero-Cost Abstractions）： 讨论C++如何通过模板、RAII等特性实现高级抽象，同时不引入运行时性能开销。 现代C++特性（C++11/14/17/20）： 重点关注如lambda表达式、智能指针、`std::thread`、`std::future`、`std::async`、`std::span`等特性对性能的影响，以及如何正确使用它们。 第四章：数据结构的智慧——选择与优化你的数据组织方式 数据结构的选择直接影响算法的性能，进而影响整个应用程序的效率。本章将深入分析常见C++标准库（STL）容器的性能特征，以及自定义数据结构的优化策略。 STL容器的性能剖析： `std::vector`： 深入分析其动态数组的内存布局、插入/删除操作的平均和最坏情况复杂度，以及`reserve()`的重要性。 `std::list`： 剖析其双向链表的特性，插入/删除的O(1)复杂度，以及缓存不友好的问题。 `std::deque`： 解释其块状存储结构，在首尾进行高效插入/删除的优势，以及随机访问的性能。 `std::map` / `std::set` (红黑树)： 分析其O(log N)的插入/删除/查找复杂度，以及内存开销。 `std::unordered_map` / `std::unordered_set` (哈希表)： 讲解其平均O(1)的查找性能，以及散列函数设计、冲突解决策略对性能的影响。 `std::string`： 讨论其内存管理、拷贝与移动语义，以及常见操作（如拼接、查找）的性能。 自定义数据结构的性能考量： 缓存友好性（Cache Locality）： 如何设计数据结构以最大化缓存命中率，例如使用数组、结构体数组、Slab分配器等。 内存分配策略： 探讨内存池（Memory Pool）、对象池（Object Pool）等技术，减少动态内存分配的频繁开销，缓解碎片化。 打包（Packing）与对齐（Alignment）： 如何通过调整数据成员的顺序和使用特定的内存对齐策略来优化访问速度。 位域（Bitfields）： 在需要大量布尔或枚举值时，如何使用位域来节省内存，以及其对访问性能的影响。 容器的选择原则： 根据访问模式（随机访问、顺序访问、插入/删除位置）、数据量、是否需要排序、是否需要唯一性等因素，选择最合适的容器。 演示如何通过Benchmarking来验证不同容器在特定场景下的性能表现。 第五章：并发与并行——解锁多核处理器的强大能力 现代处理器普遍具备多核特性，如何有效地利用多线程和并行计算是提升程序性能的关键。本章将深入探讨C++中的并发与并行编程技术。 线程基础： `std::thread`： 详解线程的创建、销毁、join（等待）、detach（分离）。 线程同步机制： 互斥量（Mutex）： `std::mutex`, `std::recursive_mutex`, `std::timed_mutex`，以及`std::lock_guard`和`std::unique_lock`的使用，理解锁的粒度与粒度过大会导致的问题。 条件变量（Condition Variable）： `std::condition_variable`，用于线程间的协作与通知。 原子操作（Atomic Operations）： `std::atomic`，在无锁情况下实现线程安全，避免竞态条件。 读写锁（Reader-Writer Lock）： 简述其在高读低写场景下的性能优势。 并发编程模式： Producer-Consumer模式： 经典的多线程协作模式，使用队列和锁/条件变量实现。 Thread Pool（线程池）： 讲解线程池的原理和实现，如何复用线程，减少线程创建销毁的开销。 并行计算（Data Parallelism）： `std::async`, `std::future`, `std::promise`： 介绍C++11提供的异步编程模型，实现任务的并行执行并获取结果。 并行算法（C++17 `std::execution`）： 介绍如何使用`std::execution::par`、`std::execution::par_unseq`等策略来并行化STL算法。 OpenMP / TBB (Intel Threading Building Blocks)： 介绍第三方并行计算框架，它们提供了更强大的并行编程能力和优化选项。 并发性能的挑战与优化： 竞态条件（Race Conditions）： 识别和避免竞态条件。 死锁（Deadlocks）： 理解死锁的产生条件，以及如何设计避免死锁。 锁竞争（Lock Contention）： 频繁的锁竞争会导致性能下降，探讨减小锁粒度、使用无锁数据结构等方法。 假共享（False Sharing）： 解释多核CPU缓存同步机制如何导致即使访问不同数据也可能引起缓存行无效化，影响性能。 任务分解（Task Decomposition）： 如何将大任务分解成更小的、可并行的子任务。 第六章：I/O性能优化——加速数据读写 慢速的I/O操作往往成为应用程序的性能瓶颈，尤其是在处理大量数据时。本章将聚焦于C++中的I/O性能优化技术。 标准C++ I/O流（`iostream`）： 性能问题剖析： `cin`/`cout`的同步、缓冲机制、以及不当使用带来的性能损耗。 优化技巧： `std::ios_base::sync_with_stdio(false);` `std::cin.tie(nullptr);` 使用 `std::stringstream`： 将I/O先写入内存，再批量输出。 预分配缓冲区（`std::basic_ios::rdbuf()->pubsetbuf()`）： C风格I/O (`cstdio`): `fread`, `fwrite`, `printf`, `scanf`： 介绍其直接操作文件缓冲区的特性，以及在某些场景下可能比`iostream`更高效的原因。 缓冲机制： 全缓冲、行缓冲、无缓冲。 内存映射文件（Memory-Mapped Files）： 概念与优势： 讲解内存映射如何将文件内容直接映射到进程地址空间，实现高效的文件访问，绕过用户空间和内核空间的拷贝。 `mmap` (POSIX) / `CreateFileMapping` (Windows): 简述其在不同平台上的使用。 异步I/O (Asynchronous I/O - AIO)： 概念： 应用程序发起I/O请求后立即返回，I/O操作在后台进行，完成时通过回调或事件通知。 平台相关的AIO接口： 简述`io_uring` (Linux) 等现代异步I/O框架。 网络I/O优化： 非阻塞I/O与事件驱动模型（Event-Driven I/O）： 如`epoll` (Linux), `kqueue` (BSD/macOS), IOCP (Windows)。 使用高性能网络库： 如Boost.Asio, libuv。 第七章：通用性能优化原则与最佳实践 除了具体的技巧，掌握一套通用的性能优化原则和最佳实践，能帮助开发者构建出更具可维护性和可扩展性的高性能代码。 “过早优化是万恶之源”： 强调在需求明确、代码可读性高的前提下进行优化，避免为不存在的性能问题而过度设计。 “测量，测量，再测量”： 重申Profiling和Benchmarking的重要性，用数据驱动优化决策。 “选择正确的算法和数据结构”： 算法的时间复杂度通常比常数因子更重要。 “最小化数据复制”： 引用、指针、移动语义是减少复制的利器。 “减少不必要的计算”： 缓存计算结果，利用编译时计算，优化循环。 “理解CPU缓存与内存访问模式”： 顺序访问优于随机访问，结构体的成员布局影响缓存。 “避免昂贵的函数调用”： 内联、局部变量的使用。 “优化I/O操作”： 批量处理、异步I/O。 “利用并行与并发”： 合理分解任务，选择合适的同步机制。 “了解你的平台与工具链”： 编译器、操作系统、硬件对性能的影响。 “代码可读性与性能的平衡”： 并非所有性能提升都值得以牺牲代码可读性为代价。 “持续学习与迭代”： 性能优化是一个不断探索和改进的过程。 附录 常用性能调优术语表 推荐的Profiling与Benchmarking工具列表 C++语言特性与性能影响速查表 结语 性能优化是一门艺术，更是一门科学。它要求开发者不仅要熟练掌握C++语言的语法和标准库，更要深入理解计算机体系结构、操作系统原理以及编译器的工作机制。本书提供了系统性的知识框架和实践指导，希望能帮助广大C++开发者在追求极致性能的道路上，走得更远，看得更清。愿您通过本书的学习，能够写出真正高效、卓越的C++代码。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字，《Optimized C++》，简直就是我寻找已久的“宝藏”。一直以来，我都在努力提升自己的C++编程能力，但总觉得在性能方面，自己总像是隔靴搔痒，摸不到真正的门道。很多时候，代码跑得不快，我也知道是性能问题，但具体是哪个环节出了问题，又该如何下手优化，往往一头雾水。《Optimized C++》这本书的影印版英文原著，让我感到一种专业和权威。我相信它能够提供一套系统性的、深入的C++性能优化框架，而不是零散的技巧堆砌。我尤其期待它能够讲解一些关于底层机制的优化，比如CPU缓存、指令流水线、分支预测等是如何影响代码性能的，以及我们该如何编写代码来更好地适应这些底层特性。我还希望能从中学习到一些关于并发和并行编程的性能调优策略，因为在现代多核处理器环境下，这方面的内容尤为重要。这本书对我来说，不仅仅是一本工具书，更像是一次深入理解C++内在机制的契机。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在嵌入式领域摸爬滚打多年的开发者，我深知在资源受限的环境下，每一分性能的提升都弥足珍贵。C++作为嵌入式开发的主力语言，其性能优化更是重中之重。《Optimized C++》这本书，我关注它很久了，尤其喜欢它“影印版 英文版”的定位。在我看来，很多中文翻译的书籍，在技术术语的理解上，或者作者的本意传达上，总会存在一些微妙的差异，而直接阅读英文原著，更能保证信息的准确性。我期待这本书能够深入讲解那些在嵌入式开发中至关重要的优化技巧，例如如何精细化地控制内存分配和释放，如何编写高效的低层代码，以及如何充分利用CPU的特性来榨取每一丝性能。我特别好奇它会不会涉及一些针对嵌入式场景的优化案例，或者是一些在资源受限环境下，能显著提升效率的“冷门”技巧。总而言之，我希望这本书能成为我手中一把锋利的“手术刀”，帮助我精准地剖析和优化我的嵌入式C++代码，让我的项目在有限的资源下，跑出更快的速度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直就像在编程的寒冬里递来了一团火，让我这种长期与C++打交道、但总觉得性能瓶颈难以突破的开发者，看到了黎明。一直以来，C++的强大毋庸置疑，但随之而来的性能调优也像是无底洞，学起来总感觉抓不住重点。这本书的名字直击痛点，《Optimized C++》，光是这个名字就足以让人眼前一亮。我之前也翻阅过不少关于C++优化的书籍，但总觉得要么过于理论化，要么就是些零散的技巧，缺乏系统性。这本书的影印版，意味着它可能保留了原汁原味的英文精髓，这对于真正理解作者的意图非常有帮助，避免了翻译过程中可能产生的理解偏差。虽然我还没来得及深入阅读，但仅仅是它在市场上引起的热烈反响，以及其他开发者对其高度评价的只言片语，就让我充满了期待。我尤其好奇它会如何讲解那些在实际项目中常常被忽视但却至关重要的细节，比如内存管理、并发编程中的性能陷阱，甚至是现代CPU架构对代码的影响。我希望它能提供一些切实可行的、可落地的优化策略，而不是空泛的理论。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书的初衷，是源于一次项目中的性能瓶颈。我们的核心服务在高峰期会出现明显的响应延迟，经过初步排查，基本锁定在C++服务层。市面上关于C++优化的书籍浩如烟海，但找到一本真正能指导我解决实际问题的却实属不易。很多书要么是过于基础，要么就是充斥着晦涩难懂的算法理论，真正能触及到我所遇到的问题，并且提供清晰解决思路的，凤毛麟角。《Optimized C++》这个书名，立刻抓住了我的眼球，它直接点出了我所需要的核心内容——性能优化。影印版英文原著的呈现方式，也让我对其内容的严谨性和深度充满信心，毕竟原著往往更能够反映作者最真实、最原始的思考。我期待它能提供一套系统性的方法论，帮助我从宏观到微观，全面地审视代码，找到隐藏的性能“毒瘤”。我渴望在书中看到关于如何识别性能热点、如何进行有效的性能剖析，以及在不同场景下，应该采取何种具体的优化手段的深入阐述。

评分☆☆☆☆☆

这本书的引入，对我们团队来说，无疑是一次及时的“充电”。我们一直致力于提供高性能的网络服务，而C++是我们核心业务开发语言。虽然团队成员在C++方面都有一定的经验，但面对日益增长的用户量和复杂的业务逻辑，性能瓶颈的出现是不可避免的。市面上充斥着各种C++优化的资料，但真正能够做到系统性、深度并且实用的，却不多见。《Optimized C++》这个书名，就非常直接地抓住了我们的需求。影印版英文原著的定位，也让我们对其内容的权威性和前沿性充满信心，避免了因翻译而可能造成的理解偏差。我非常期待这本书能够为我们团队提供一套完整的性能分析和优化流程，帮助我们更有效地识别代码中的性能热点，并给出切实可行的解决方案。特别是一些关于并发编程、内存管理以及如何利用现代硬件特性的优化技巧，是我们急需了解和掌握的。我希望这本书能够成为我们团队在C++性能优化方面的重要参考，并帮助我们持续提升服务的效率和稳定性。

评分☆☆☆☆☆

对C++11的实践给出了很棒的建议，前提是已经了解C++11的新特性。

评分☆☆☆☆☆

读本书至少最好已经把C++PRIMER第五版啃完，不然你会完全看不懂的。。。

评分☆☆☆☆☆

包装完好，非常新，好书。

评分☆☆☆☆☆

好好学习，天天向上。好好学习，天天向上。

评分☆☆☆☆☆

双十一活动买的，真的划算

评分☆☆☆☆☆

应该不错，还没开始看

评分☆☆☆☆☆

对C++11的实践给出了很棒的建议，前提是已经了解C++11的新特性。

评分☆☆☆☆☆

一本经典的好书，值得一读

评分☆☆☆☆☆

这书没什么可说的,必备