Не все проблемы, связанные с производительностью программы, объясняются плохим алгоритмом. Фактически (как мы указывали в разделе 26.3.3) большую часть кода, который мы пишем, нельзя квалифицировать как плохой алгоритм.
Такие “неалгоритмические” проблемы обычно связаны с неправильным проектированием. Перечислим некоторые из них.
• Повторяющееся перевычисление информации (как, например, в приведенном выше примере).
• Повторяющаяся проверка одного и того же факта (например, проверка того, что индекс не выходит за пределы допустимого
диапазона при каждом его использовании в теле цикла, или повторяющаяся проверка аргумента, который передается от одной функции другой без каких-либо изменений).
• Повторяющиеся обращения к диску (или к сети).
Обратите внимание на слово “повторяющиеся”. Очевидно, что мы имеем в виду “напрасно повторяющееся”, поскольку на производительность оказывают влияние лишь те действия, которые выполняются много раз. Мы являемся горячими сторонниками строгой проверки аргументов функций и переменных циклов, но если мы миллионы раз проверяем одну и ту же переменную, то такие излишние проверки могут нанести ущерб производительности программы. Если в результате измерений выяснится, что производительность упала, мы должны изыскать возможность удалить повторяющиеся действия. Не делайте этого, пока не убедитесь, что производительность программы действительно стала неприемлемо низкой. Дело в том, что преждевременная оптимизация часто является источником многих ошибок и занимает много времени.
26.6.1. Измерение времени
Как понять, достаточно ли быстро работает фрагмент кода? Как узнать, насколько быстро работает данная операция? Во многих ситуациях, связанных с измерением времени, можете просто посмотреть на часы (секундомер, стенные или наручные часы). Это не научно и не точно, но, если не произойдет чего-то непредвиденного, вы можете прийти к выводу, что программа работает достаточно быстро. Тем не менее этот подход неприемлем для тех, кого беспокоят вопросы производительности программ.
Если вам необходимо измерять более мелкие интервалы времени или вы не хотите сидеть с секундомером, вам следует научиться использовать возможности компьютера, так как он знает, как измерить время. Например, в системе Unix достаточно просто поставить перед командой слово
time
, чтобы система вывела продолжительность ее выполнения. Можете также использовать команду
time
, чтобы выяснить, сколько времени заняла компиляция исходного файла
x.cpp
. Обычно компиляция выполняется по команде
g++ x.cpp
Для того чтобы измерить продолжительность компиляции, поставьте перед ней слово
time
.
time g++ x.cpp
Система откомпилирует файл
x.cpp
и выведет на экран затраченное время. Это простой и эффективный способ измерения продолжительности работы небольших программ. Не забудьте выполнить измерения несколько раз, потому что на продолжительность выполнения программы могут влиять другие действия, выполняемые на вашем компьютере. Если вы получите примерно три одинаковых ответа, то можете им доверять.
А что, если вы хотите измерить интервал времени, длящийся всего несколько миллисекунд? Что, если вы хотите выполнить свои собственные, более подробные
измерения, связанные с работой части вашей программы? Продемонстрируем использование функции
clock
из стандартной библиотеки, позволяющей измерить продолжительность выполнения функции
do_something
.
#include <ctime>
#include <iostream>
using namespace std;
int main
{
int n = 10000000; // повторяем do_something n раз
clock_t t1 = clock; // начало отсчета
if (t1 == clock_t(–1)) { // clock_t(–1) значит "clock
// не работает"
cerr << "Извините, таймер не работает \n";
exit(1);
}
for (int i = 0; i<n; i++) do_something; // цикл измерений
clock_t t2 = clock; // конец отсчета
if (t2 == clock_t(–1)) {
cerr << "Извините, таймер переполнен \n";
exit(2);
}
cout << "do_something " << n << " раз занимает "
<< double(t2–t1)/CLOCKS_PER_SEC << " сек "
<< " (точность измерений: "
<< CLOCKS_PER_SEC << " сек)\n";
}
Функция
clock
возвращает результат типа
clock_t
. Явное преобразование
double(t2–t1)
перед делением необходимо, поскольку тип
clock_t
может быть целым число. Точный момент запуска функции
clock
зависит от реализации; функция
clock
предназначена для измерения интервалов времени в пределах одного сеанса выполнения программы. При значениях
t1
и
t2
, возвращаемых функцией
clock
, число
double(t2–t1)/CLOCKS_PER_SEC
является наилучшим приближением времени, прошедшего между двумя вызовами функции
clock
и измеренного в секундах. Макрос
CLOCKS_PER_SEC
(тактов в секунду) описан в заголовке
<ctime>
.
Если функция
clock
для процессора не предусмотрена или временной интервал слишком длинный, функция
clock
возвращает значение
clock_t(–1)
. Функция
clock
предназначена для измерения временных интервалов, длящихся от доли секунды до нескольких секунд. Например, если (что бывает довольно часто) тип
clock_t
представляет собой 32-битовый тип
int
со знаком и параметр
CLOCKS_PER_SEC
равен
1000000
, мы можем использовать функцию
clock
для измерения интервалов времени продолжительностью от 0 до 2000 секунд (около половины часа), выраженных в микросекундах.