C++ 性能优化

引言

在算法竞赛或高性能程序开发中，C++ 代码的运行效率往往决定成败。本文总结 10 个实用的性能优化技巧，从代码编写到编译配置全方位提升程序速度。

一、基础优化：减少不必要的开销

二、数据结构优化

三、循环与分支优化

1. 输入输出优化

   禁用同步流与解除绑定，速度提升数倍：

   ios::sync_with_stdio(false);
   cin.tie(0);
   cout.tie(0);

2. 极端场景下使用scanf/printf或fread。

3. 避免全局变量初始化

   全局变量默认初始化会耗时，局部变量在栈上分配更高效。

4. 减少函数调用开销

   热点函数添加inline关键字，短函数优先写成内联形式。

5. 优先使用数组而非容器
   int a[1000] 比 vector<int> 访问更快，避免动态内存分配。

6. 循环展开

   减少循环变量自增和判断次数：

   // 优化前
   for (int i = 0; i < n; i++) sum += a[i];
   
   // 优化后（n为4的倍数）
   for (int i = 0; i < n; i += 4) {
       sum += a[i] + a[i+1] + a[i+2] + a[i+3];
   }

7. 容器选择技巧

   • 频繁插入删除用list，随机访问用vector

   • 哈希表优先用unordered_map，但需注意哈希冲突

   • 分支预测友好

     避免在循环内使用复杂条件判断，可通过查表法替代。

   四、编译选项优化

   在 GCC 中添加以下选项：

   g++ -O2 -march=native -ffast-math -o program program.cpp

   • -O2：启用基本优化
   • -march=native：针对本地 CPU 架构优化
   • -ffast-math：牺牲部分精度换取速度（慎用）

   五、效果测试

   以 1e8 次整数加法为例，优化前后对比：

   • 未优化：1.2s
   • 启用 O2 + 循环展开：0.3s（提速 4 倍）