【C/C++】"GNU 程式設計" 讀書整理(part 5)

【ch9. 程式執行計時與統計資料】
時間是程式執行的主要關鍵，減少程式執行時間，是程式設計時最重要的考慮。

執行績效包含許多層面：實際時間、CPU時間、行程及程式段落的執行次數、I/O佔全部執行時間的比例。

時間統計的方法可分為兩種：

* 簡單計時器：/bin/time (主要是針對整個程式，也可再程式中呼叫計時程序)

* 產生報告的統計程式：gprof 換產生扁平統計和呼叫關係圖表(call graph)，它顯示了函式間彼此的呼叫關係和等待時間。

簡單計時

time analyze inputdata outputdata
22.3 real  7.1 user  4.5 sys  (執行總共花了 22.3 秒，CPU 花了 7.1 秒再使用者空間，4.5 系統呼叫時間，部份為等待時間)

計時統計(gprof)

再使用 gprof 前，gcc必須用 -pg來編譯程式和連結的務建模組。
編譯時， 會再程式中加入指令來追蹤呼叫函式次數、運行時間。連結時，會加入必要的起始設定及統計程序。
gcc -pg a.c b.c -o c ... (會產生 gmon.out，含有一些統計資料，但不是可讀的)


範例 a.c

#include
#include
#include
main()
{
int total;
echo_hello();
total = count_number(1,10000000);
printf("total is %d\n", total);
}

範例 b.c
#include
#include
#include
echo_hello()
{
printf("Hello\n");
}
count_number(int a, int b)
{
int i;
long int j;
for ( j=0 ; j <= 100000000 ; j++)
        {
        for ( i=a ; i<=b ; i++)
            {
            i+=i;
            }
        }
return i;
}


gprof {options} {exe_file} {stat_file} > output
gprof c > output
-b (省略說明)
-e name (統計圖中不含 name 程序及 name 的子程序，但執行的時間仍會列入加總)
-E name1,name2 (不列入加總)
-f (只列出 name及後代程序的呼叫關係，報告中仍有其他程序的時間統計)
-F (無其他程序的時間統計)
-s (合併多個 stat-file 為一個，取名 gmon.sum)
-Z (產生從未被呼叫的函是列表)

扁平圖解讀及最佳化  
一般來說，計時最久的函式呼叫匯出現在扁平統計最前面，檢視這些函式以增進效率的方向有三：
* 改進函是的演算法
* 改進呼叫的程序，使函是不會被呼叫如此頻繁
* 改寫呼叫者的方式，刪除最常被呼叫的程序 (可用 inline subsitution 解決)

統計圖解讀及最佳化

* 當函式的的 self 大於 childen，是最佳化的好對象
* 當函式的的 childen 大於 self，不用改進函式本身，減少呼叫次數或改善費時的資程序
* 當無法改進函適時 (可能他再函式庫裡)，察看 called 最高的父程序，並減少呼叫次數
* called 很高時，減少被呼叫的次數。called 很低時嘗試去改進程式