Kate Gregory

Gregory Consulting

适用于：

Microsoft Visual C++ .NET 2003

Microsoft Visual C++ Toolkit 2003

Microsoft Visual Studio .NET

本文是 Visual C++ Toolkit 2003 随附的代码示例的一部分，可从以下网址下载：http://msdn.microsoft.com/visualc/vctoolkit2003。

Microsoft?Visual C++?Toolkit 2003 包含优化 C++ 编译器。大多数开关相当简明，并且已经在 Visual C++ 产品的多个版本中存在，但仍然有两个开关比较新，并且无须重写代码就能够显著提高速度。它们是 /GL (Whole Program Optimization) 和 /G7（它能产生为 Pentium 4 或 AMD Athlon 优化的代码）。还有一个选项 /arch:SSE2，它能产生针对 SSE2 寄存器和指令而优化的代码。

示例代码经过了三项测试：

完整程序优化

示例代码定义了两个非常类似的函数：Add() 和 DisplayAdd()。DisplayAdd() 会显示到屏幕，因此不太可能被内联：

void DisplayAdd(int a, int b)
{
   cout << a << " + " << b << " = " << a + b << endl;
   cout << "Return address from " << __FUNCTION__ 
        << " " << _ReturnAddress() << endl;
}

_ReturnAddress 是一个内部函数，它报告控制将在何处返回。可使用它来标识内联函数。

Add() 在 gl-g7.cpp 中声明，同时还声明一个由它设置的全局变量：

void* inlineReturnAddress; // set in Add()
int Add(int a, int b); // implementation in module.cpp

实现位于 module.cpp 中：

int Add(int a, int b)
{
   inlineReturnAddress = _ReturnAddress();
   return a+b;
}

要编译该程序且不使用 Whole Prgram Optimization，请使用以下命令行：

cl /O2 /ML /EHsc GL-G7.cpp module.cpp 

要运行测试 1，请使用以下命令：

gl-g7 1

应该看到与以下内容类似的输出（数值地址会有所不同）：

1 + 2 = 3
Return address from DisplayAdd 00401D0A
1 + 2 = 3
Return address from Add 00401D13
Return address from Test1 00402125

Add() 的返回地址与 Test1() 的返回地址不同：Add() 没有被内联。

现在，使用 /GL 重新编译：

cl /O2 /ML /EHsc /GL GL-G7.cpp module.cpp 

再次运行测试 1，应该看到如下所示的输出：

1 + 2 = 3
Return address from DisplayAdd 00401242
1 + 2 = 3
Return address from Add 0040179F
Return address from Test1 0040179F

现在，Add() 和 Test1() 的返回地址相同：Add() 在 Test1() 内部内联，即使它的代码来自另一个文件。

为 Intel Pentium 4 或 AMD Athlon 优化代码

/G7 是 Microsoft?Visual Studio?.NET 2003 中的新增选项；它通过选择与其他场合不同的指令，产生为 Pentium 4 或 AMD Athlon 优化的代码。在对整数进行乘法运算（尤其是将一个整数乘以一个在编译时已知的常数）的例程中，性能方面的改善最为明显。

测试 2 演示了可能获得的速度方面的改善：

#define INT_ARRAY_LEN 100000
int intarray[INT_ARRAY_LEN];
int intCalculate()
{
   int total = 0;

   for (int i = 1; i < INT_ARRAY_LEN; i++)
   {
         total += intarray[i-1]*7;
   }

   return total;
}

void Test2()
{
   int var1 = 2;
   int i;

   for (i = 0; i < INT_ARRAY_LEN; i++)
   {
         intarray[i] = i*5;
         var1 += 2;
   }

   LARGE_INTEGER start, end;
   LARGE_INTEGER freq;

   SetThreadAffinityMask(GetCurrentThread(), 1);
   QueryPerformanceFrequency(&freq);
   QueryPerformanceCounter(&start);
   double total = 0;

   for (i = 0; i < 100000; i++)
   {
      total += intCalculate();
   }

   QueryPerformanceCounter(&end);

   cout << "Total = " << total << endl;

   cout << (end.QuadPart - start.QuadPart)/(double)freq.QuadPart << " seconds" << endl;
}

上述代码使用了一些在 kernel32.dll（它是 Microsoft?Windows? 的一部分）中实现的计时函数。这些函数以及它们使用的数据类型在 windows.h 中定义。为减小该示例中的依赖性，在 gl-g7.cpp 中提供了这些函数的原型，并且定义了相应的数据类型。QueryPerformanceCounter 保存了起始时间或结束时间，而 QueryPerformanceFrequency 得到一个值，经过除法运算得到起始时间与结束时间的差值，从而得到以秒为单位的运行时间。对 SetThreadAffinityMask 的调用减少了多处理器计算机上的人工作业。

该例程执行了大量整数乘法。要在不使用处理器专有指令的情况下编译它，请使用以下命令行：

cl /O2 /ML /EHsc GL-G7.cpp module.cpp 

要为 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机编译它，请使用以下命令行：

cl /O2 /ML /EHsc /G7 GL-G7.cpp module.cpp 

要运行测试 2，请使用以下命令行：

gl-g7 2

在 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机上，/G7 版本的运行速度提高了 10% 以上。上述代码可以在不带适当芯片的计算机上运行，但与在编译时未使用 /G7 的版本相比，速度稍微慢一点。

Streaming SIMD Extensions 2

如果您确信在为具有 SSE2 支持的计算机（例如 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机）生成代码，则可以使用 /arch:SSE2 选项。这样产生的代码将不能在其他芯片上运行，但速度更快，尤其是对含有大量浮点算法的例程而言。

测试 3 执行与测试 2 极为相似的浮点计算：

#define ARRAY_LEN 10000
double array[ARRAY_LEN];

double Calculate()
{
   double total = 0;

   for (int i = 1; i < ARRAY_LEN; i++)
   {
         total += array[i-1]*array[i];
   }

   return total;
}

void Test2()
{
   double var1 = 2;
   int i;

   for (i = 0; i < ARRAY_LEN; i++)
   {
         array[i] = var1;
         var1 += .012;
   }

   LARGE_INTEGER start, end;
   LARGE_INTEGER freq;

   SetThreadAffinityMask(GetCurrentThread(), 1);
   QueryPerformanceFrequency(&freq);
   QueryPerformanceCounter(&start);
   double total = 0;

   for (i = 0; i < 100000; i++)
   {
      total += Calculate();
   }

   QueryPerformanceCounter(&end);

   cout << "Total = " << total << endl;

   cout << (end.QuadPart - start.QuadPart)/(double)freq.QuadPart << " seconds" << endl;
}

要在不使用处理器专有指令的情况下编译它，请使用以下命令行：

cl /O2 /ML /EHsc GL-G7.cpp module.cpp 

要想仅为 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机编译它，请使用以下命令行：

cl /O2 /ML /EHsc /G7 /arch:SSE2 GL-G7.cpp module.cpp 

要运行测试 3，请使用以下命令行：

gl-g7 3

在 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机上，/G7 /arch:SSE2 版本的运行速度大约提高了 10%。上述代码在不带适当芯片的计算机上不能运行。

如果有 Visual Studio

所有上述选项都可以在“Project Properties”对话框中使用。

图 1. 常规项目属性

图 2. C/C++ 优化选项

图 3. C/C++ 代码生成选项

如果您要为特定芯片生成定制版本，可以创建多种配置，每种配置都带有不同的选项组合。

小结

不同的程序以不同的方式响应优化。尽管逐个模块的优化也不错，但添加完整程序优化可带来明显的改善。因为您不需要更改代码就可以使用它，所以没有理由不这样做。

如果您的大多数用户或所有对性能敏感的用户都拥有 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机，请使用 /G7 选项为这些用户生成更快速的代码，同时应记住这样的代码对于您的其他用户将会稍微慢一些。如果您要为 Pentium 4 或 AMD Athlon 计算机创建特定的优化版本，请同时使用 /arch:SSE2 选项以获得最佳性能。

相关书籍

Microsoft Visual C++ .Net 2003 Kick Start（作者：Kate Gregory）

关于作者

Kate Gregory 是 Microsoft 地区主管，她是一位 C++ MVP，并且是《Microsoft Visual C++ .NET 2003 Kick Start》一书的作者。她是 Gregory Consulting 的创立合伙人，该公司在整个北美提供咨询和开发服务，致力于使用前沿技术进行软件开发、项目集成、技术写作、顾问以及培训。

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