C++中字母大写和小写转换实现的优化

C++中字母大写和小写转换实现的优化

write by 九天雁翎(JTianLing) --
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在本文中所有以转换为小写为例。

从推荐复用代码的角度来看，用库函数是不错的办法：

方案一：

char gc1[53] = "abcdefghigklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIGKLMNOPQRSTUVWXYZ";

void wayOne()

{

strlwr(gc1);

}

长处是使用方便，别人看着也easy理解，可是效率慢的让人吐血。

extern "C" char * __cdecl _strlwr (

char * string

)

{

if (__locale_changed == 0)

{

char * cp;

/* validation
section */

_VALIDATE_RETURN(string != NULL,
EINVAL, NULL);

for (cp=string; *cp; ++cp)

{

if
('A' <= *cp
&& *cp <= 'Z')

*cp
+= 'a' - 'A';

}

return(string);

}

else

{

_strlwr_s_l(string, (size_t)(-1),
NULL);

return string;

}

}

循环中平均2.5次的推断，（*cp一次，if的’A’<=一次，*cp<=版次）加平均每次0.5次的加法，尽管这种转换O(n)是不可缺少的，可是对于这样多的操作还是慢的可怕。

例2：

char gc2[53]
= "abcdefghigklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIGKLMNOPQRSTUVWXYZ";

namespace MYTEST

{

inline char*
strlwr(char
*asz)

{

for(char*
lp = gc2;
*lp != 0; ++lp)

{

*lp |= 0x20;

}

return asz;

}

}

void wayTwo()

{

MYTEST::strlwr(gc2);

}

此例中利用了ASCII字母值的特点，一共仅仅有一次推断（*lp！=0）,一次位或操作。算法上提高了非常多：）事实上已经达到了1/3的效率提升。。。。。

将原来一大堆的代码，转化成了反汇编仅仅有4句的程序：

00401020 80 08 20         or          byte ptr [eax],20h

00401023 83 C0 01         add         eax,1

00401026 80 38 00         cmp         byte ptr [eax],0

00401029 75 F5            jne         wayTwo+10h (401020h)

可是考虑到char仅仅是1个字节，看到

00401020 80 08 20         or          byte ptr [eax],20h

一句都感觉不爽，白白浪费了eax 这样4个字节的寄存器，于是能够这样优化：

namespace MYTEST2

{

inline char*
strlwr(char
*asz)

{

long* lp
= (long*)gc3;

for(; *((char*)lp) != 0; ++lp)

{

(long)(*lp) |= 0x20202020;

}

for(char*
lpc = (char*)lp;*lpc!=0; ++lpc)

{

*lpc |= 0x20;

}

return asz;

}

}

说实话，。。。。。。。。。。。没有不论什么清晰性可言，没有不论什么可读性可言，可是优化的思想就是充分的利用4个字节的寄存器，而且以DWORD来读取内存，这是非常有效率的方式。汇编代码事实上比C语言代码更加清晰，原因在于C语言代码还须要处理大量与类型相关的事情，汇编代码不须要。

第一个循环汇编代码例如以下:

00401040 81 08 20 20 20 20 or          dword ptr [eax],20202020h

00401046 83 C0 04         add         eax,4

00401049 80 38 00         cmp         byte ptr [eax],0

0040104C 75 F2            jne         wayThree+10h (401040h)

将循环次数降低了3/4。。。。所以效率的优化还是非常明显的。单指令多数据操作的思想只是就是这样的思想的延生罢了。。。呵呵，可是说在前面，如此影响可读性的效率优化，除非在非常必要的情况下，不然慎用。。。。。

为了证实效率的优化，起码也得给出一个測试结果给大家看看吧，不然还以为我胡扯了。

void wayOne()

// Hit Count          : 1

// Time               : 5553.00

// Time with Children : 5553.00

{

strlwr(gc1);

}

void wayTwo()

// Hit Count          : 1

// Time               : 247.00

// Time with Children : 247.00

{

MYTEST::strlwr(gc2);

}

void wayThree()

// Hit Count          : 1

// Time               : 180.00

// Time with Children : 180.00

{

MYTEST2::strlwr(gc3);

}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

// Hit Count          : 1

// Time               : 6836996435.00

// Time with Children : 6837002415.00

{

wayThree();

wayTwo();

wayOne();

}

測试结果为AQtime5測试数据，单位为机器周期，由于结果已经非常明显了，所以没有进行多次循环的測试。而且为了排除缓存的影响，将最快的放在了最前面，那么哪怕有缓存的影响，对于wayThree也是最不利的才对。库函数的5000多的结果，说慢的可怕并不为过。在数据量非常大的时候，这样的优化的差异可不是一点点而已。

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