C语言基本功教程系列(3) - 快速的函数调用

aear

我又来了，今天坎坎函数调用的问题。函数哪里都有，小的程序一两个函数，大的程序成百上千个函数。即使在游戏的关键循环中，调用几十个函数也是很常见的。所以函数调用代码的质量，在很大程度上影响着游戏的质量。

还是先说最基本的代码风格问题。首先，对于函数的参数（特别是指针），如果函数内部不会修改其指针的内容，一定要用const来定义参数类型
=========不好的风格==========
void function(char * ServerName)
{
   // 内部不允许对ServerName的内容进行修改
}

=========好的风格===========
void function(const char * ServerName)
{
   // 内部不允许对ServerName的内容进行修改
}

为什么这么做呢？ 举个简单的例子: 在团队开发中程序员A写好了displayFunction，传了一个数据结构给displayFunction做图象显示，然后在接下来的程序中对数据进行计算。A认为displayFunction不会对数据进行修改，所以在以后的数据运算中，没有进行一致性检测。过了几天程序员B被派过来优化A的程序，因为不知道不能改数据，结果改了下，在displayFunction中改变了数据结构的内容，当时测试通过。但是在产品发布的Alpha测试阶段，用real data的时候出了问题。我想通宵debug去差这么点个小问题，不是很值得吧。只要稍微留点心，就可以避免了

==================分割线==================
下面谈谈函数的调用问题。我们都知道，在调用的一个函数的时候，传给函数的参数是要压到栈里，然后才能被函数访问。我们来看一下函数调用的汇编代码.(汇编代码是用Visual Studio .net 2003 编译, release version。优化参数 /0t /02)

=======printf("%s%d%d%d%d",haha,m,n,p,i);======
00401000        push ecx
00401001        push ebx
00401002        mov ebx, dword ptr [esp+04]
00401003        push ebp
00401004        mov ebp, dword ptr [esp+08]
00401005        push esi
00401006        push edi
00401007        mov edi, dword ptr [esp+10]
00401008        xor esi, esi
00401009        push esi
0040100A        push edi
0040100B        push ebx
0040100C        push ebp
0040100D        push 00408040
0040100E        push 004060FC
0040100F        call 00401054

我的天哪，这是多少代码，只不过为了把参数push到栈里就用了15条。看我们看看另一段代码

===========printf("%s",haha);============
00401010        push 00408040
00401011        push 004060FC
00401012        call 00401054

现在我不用说大家都明白了吧。传递给函数的参数越少越好，最好就是一个指针，指向一个structure。这就是为什么大部分的directX的函数就是一个指针的大structure传过去。里边的参数好几十个。当然了 void fucntion(void)是最快的函数调用，也可以用inline来优化关键循环内的函数。不过在每一个frame的执行代码中，有成百上千个函数，不可能所有的都inline吧。所有能快点就快点喽。当然了，传递structure的reference也是同样的效果，只要不把structure当参数就好。
============错误的方式===========
void function(struct OneStructure Parameter);
============正确的方式===========
void function(struct OneStructure & Parameter);
or
void function(struct OneStructure * pParameter);


==================分割线==================
这个例子不是很好，因为降低了代码的可读性，不过做为参考。。。。
很多人喜欢写代码的时候这么写：
char szName[] = "Aear";
int length;

length = strlen(szName);
if(length > 0)   // 这行的效率不考虑
{
   // do something
}
粗一看没什么问题，不过如果length在以后用不到的话，那么就浪费了。因为length占用了内存，而且浪费了cpu资源。让我们看带汇编代码(汇编代码是用Visual Studio .net 2003 编译, release version。优化参数 /0t /02)

length = strlen(szName);
if(length > 0)   {...}

0040101F       sub eax, edx
00401021       mov dword ptr [esp+4], eax // 把返回值存到length中
00401025       je 00401039                       // 判断跳转

========更快速的写法的代码========
if(strlen(szName)) {...}

0040101F       sub eax, edx
00401021       mov esi, eax   //把返回值放在个临时寄存器中
00401023       je 00401037

大家都知道寄存器之间进行数据操作是非常快的，而且是稳定的一个cpu clock cycle,至于00401021       mov dword ptr [esp+4], eax 到底要花多少个clock cycle，那只有天知道了。因为这种从内存中读数据的指令，最少也是2个clock cycle，即使在L2 cache中，也不会比 mov esi, eax 快，而且浪费了栈空间。


==================再分割下吧，虽然不是很喜欢==================
最后说说一种类告诉的分枝判断参数传递。在有些情况下，我们经常要传很多参数，比如pixel shader等等，这些函数根据参数的设置，进行不同的操作。举个例子：

struct Parameter{
     bool bDrawWater;
     bool bDrawSkybox;
     bool bDrawTerrain;
     bool bDrawSepcialEffects;
} DrawParamter;

void DrawEnvironment( struct Parameter * pPara)
{
     if(pPara->bDrawWater) {....};
     if(pPara->bDrawSkybox) {....};
     if(pPara->bDrawTerrain) {....};
     if(pPara->bDrawSpecialEffects) {....};
}

对于这样的代码，还有更快速， 更节省内存的方法，那就是位操作。
const static UINT32 DRAW_WATER_FLAG               = 1;
const static UINT32 DRAW_SKYBOX_FLAG              = 1 << 1;
const static UINT32 DRAW_TERRAIN_FLAG             = 1 << 2;
const static UINT32 DRAW_SPECIALEFFECTS_FLAG  = 1 << 3;

void DrawEnvironment(UINT32 DrawFlag)
{
    //注意了，这里不需要 pPara->，也就是节省了内存访问，速度至少提高了1到2个clock cycle
     if( DrawFlag & DRAW_WATER_FLAG ) {.....};
     if( DrawFlag & DRAW_SKYBOX_FLAG) {.....};

    //甚至还可以进行各种不同组合的判断，比如
     if( DrawFlag & (DRAW_WATER_FLAG | DRAW_SKYBOX_FLAG) ) {....};
}

在调用的时候，代码更加简洁明了：
DrawEnvironment( DRAW_WATER_FLAG | DRAW_TERRAIN_FLAG );

就说这么多，累了，下次见

hwbnet

楼主能不能写DX教程，这个更令俺期待。

lingjingqiu

有功底的人。不过我平时写程序还是不太会考虑这样。。。。

这里的版面风格不太好，楼主想办法到Blog里面发个连载吧。

aear

DX的教程哪里都有哦，没必要再写了吧。要写就以后写点高级shader的东西，不过先把这个系列搞定再说。。。。。。。偶时间也不是很富裕，慢慢来吧。

这些技巧平时写写code是不用太考虑到的，不过如果是写engine或者游戏的mainloop，还是多多考虑下好。如果平时写code的时候经常会考虑到，那么写关键代码的时候就不会有所遗忘了。

yingchong01

这叫浪费时间做无用功,有的人捡西瓜有的人费尽力气捡芝麻

cn_zhangJW

帮楼主指出一下：
const 和引用、指针是比较推荐的，细节上对于原始数据类型直接传值更好。

后面的想当然的优化手法，楼主不用怀疑现在编译器的优化能力，<B>一般来说</B>只有你想不到的优化小技巧，编译器都可以做到。用release编译，然后看汇编，你所做的这小技巧，编译器都给你做了。举个例子，a*10，你可以考虑你的小技巧，然后看看编译器怎么为你生成代码，然后看看哪个更优。
顺便，很多人常常提汇编优化。在现在的机器上和编译器上，就大多数人而言，建议先多了解语言和你的工具，然后再做优化，不信可以试试看你的汇编优化，然后试试看编译器的优化。

也就是说：对于const和引用属于语法层面，是应该掌握的；对于代码编写还是首要以可读性考虑。

smile636

谢谢楼主，又长见识了！

whb9633

楼说所说的const和非const应该是做为一个c++程序员应该注意的，但如果是写夸语言的库，大概连const也不能用，只能用c式的__stdcall返回和标准的char*.
对于后面所谓的优化,个人比较赞同cn_zhangJW同志的说法,一是不同的编译器做的优化不同，二是不同平台优化也不同。

aear

所有给出的汇编代码都是 release的，优化参数见原文。目前流行的编译器是gcc和vc的cl,我想基于windows的平台，不用再给出其他编译器的例子了吧。

还有，我这里谈的不是优化策略，只是在说写程序的一些设计和基本习惯。

lingjingqiu

const仅仅在语法层面上是这样，而对汇编来说基本没影响。它不同于volatile，所以即使是跨语言的库，const也是可以使用的。

还有就是编译器的优化现在已经很好了。