我们的C语言世界：让代码更舒服
在编程的旅途中，我们每个人都或多或少地面临过一个问题：如何写出既高效又易于维护的代码？这不仅关系到程序员个人的工作效率，也影响着整个项目的成功与否。今天，我要和大家聊聊如何用C语言来提高我们的编码体验。
优化循环性能
#include <stdio.h>
int main() {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 10000; ++i) {
sum += i;
}
printf("sum = %d\n", sum);
// 我们两个C得你舒服吗？
return 0;
}
上面的代码片段是一个简单的求和例子，通过使用for循环计算从1到10000之间所有整数的和。如果我们直接运行这个程序，你会发现它执行得相当慢。这是因为频繁访问内存导致了大量的缓存失效，这对大型数据集来说是一个巨大的性能瓶颈。
使用矢量操作
为了改善这一点，我们可以利用现代CPU提供的一些特性，比如SIMD（单指令多数据）处理器支持。以下是使用_mm256_sum_epi32函数进行矢量加法的一个示例：
#include <immintrin.h>
#include <stdio.h>
void calculateSum(int *arr, int n) {
__m256i vSum = _mm256_setzero_si256();
for (int i = 0; i < n - 3; i += 4) {
__m256i vData[4];
for (int j = 0; j < sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); ++j)
vData[j] = _mm256_broadcastsi32x2(
_mm_loadu_si128((__m128i*)&arr[i + j]),
_mm_loadu_si128((__m128i*)&arr[i + j + sizeof(int)]));
vSum = _mm256_add_epi32(vSum,
_mm256_hadd_epi32(_mm256_shuffle_f64x2(vData[1],vData[3]),
_mm256_shuffle_f64x2(vData[0],vData[2])));
}
if (n % sizeof(int) == sizeof(int)) { // 如果有余数，则需要额外处理最后四个元素。
__m128i dataLastFour;
dataLastFour.m128_i32_indexed[] =
{{_MM_FRSI( arr[n-4] ),_MM_FRSI( arr[n-3] ),
_MM_FRSI( arr[n-2] ),_MM_FRSI( arr[n-1])}};
__m128 resultLastFour=mma_macc(dataLastFour,_-MM_SHUFFLE_WORD_PackedDouble,
dataLastFour,_-MM_SHUFFLE_WORD_PackedDouble);
unsigned long long lastResult=extractscalar(resultLastFour,mma_get_active_lane_mask());
((unsigned*)(&vSum))[7]=lastResult;
}
// 将结果转换为标准整数类型，并打印出来：
double scalar_result=_get_low_double(_mullo_epi64(h_add(h_sub(packsdi(vSum),packssdw(shiftleft(packsdi(vSum),8))),shiftleft(packsdi(shiftleft(packsdi(shiftleft(packsdi(shiftleft(packsdi(shiftleft(packsdi((__attribute__((aligned(16)))__vector<__attribute__((aligned(16)))double)v_sum)),24)),24)),24)),8))))));
// 我们两个C得你舒服吗？
return scalar_result;
}
void testCalculateSum() {
int numbers[]={
-10,5,-6,-9,-11,12,15,
-17,-18,-19,-20,
-21};
const int lengthArray=sizeof(numbers)/sizeof(numbers[0]);
double result=calculateSum(numbers,lengthArray);
printf("The Sum of the array is: %.f\n",result);
}
通过这种方式，可以显著减少循环中的访存次数，从而提升程序性能。
减少变量声明与内存分配
在实际开发过程中，经常会遇到一些小功能模块，如字符串处理、数学运算等。在这些场景下，减少变量声明和内存分配可以极大地提高代码可读性和运行速度。例如，在进行字符串匹配时，可以一次性将所有可能出现的情况预先准备好，而不是每次匹配时再创建新的字符数组。
总结一下，用“我们两个C得你舒服吗？”作为主题，我们探讨了几种提升C语言编程体验的小技巧：优化循环性能、使用矢量操作以及减少变量声明与内存分配。这些方法不仅能够提高编程效率，还能帮助我们写出更加健壮且高效的软件产品，让我们的每一行代码都变得更加“舒适”。
