Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Chương 7: Code tuning and documentation

Code tuning and

documentation

I. Code tuning

1. Hiệu năng của chương trình

và Code Tuning

2. Các phương pháp Code

Tuning

1.1. Hiệu năng

Sau khi áp dụng các kỹ thuật xây dựng CT PM:

• CT đã có tốc độ đủ nhanh

– Không nhất thiết phải quan tâm đến viêc tối ưu hóa hiệu năng

– Chỉ cần giữ cho CT đơn giản và dễ đọc

• Hầu hết các thành phần của 1 CT có tốc độ đủ

nhanh

– Thường chỉ một phần nhỏ làm cho CT chạy chậm

– Tối ưu hóa riêng phần này nếu cần

• Các bước làm tăng hiệu năng thực hiện CT

– Tính toán thời gian thực hiện của các phần khác nhau trong CT

– Xác định các “hot spots” – đoạn mã lệnh đòi hỏi nhiều thời gian

thực hiện

– Tối ưu hóa phần CT đòi hỏi nhiều thời gian thực hiện

– Lặp lại các bước nếu cần

Tối ưu hóa hiệu năng của CT ?

• Cấu trúc dữ liệu tốt hơn, giải thuật tốt hơn

– Cải thiện độ phức tạp tiệm cận (asymptotic complexity)

• Tìm cách khống chế tỉ lệ giữa số phép toán cần thực hiện và số lượng

các tham số đầu vào

• Ví dụ: thay giải thuật sắp xếp có độ phức tạp O(n²) bằng giải thuật có độ

phức tạp O(n log n)

– Cực kỳ quan trọng khi lượng tham số đầu vào rất lớn

– Đòi hỏi LTV phải nắm vững kiến thức về CTDL và giải thuật

• Mã nguồn tốt hơn: viết lại các đoạn lệnh sao cho chúng có

thể được trình dịch tự động tối ưu hóa và tận dụng tài

nguyên phần cứng

– Cải thiện các yếu tố không thể thay đổi

• Ví dụ: Tăng tốc độ tính toán bên trong các vòng lặp: từ 1000n thao tá c

tính toán bên trong vòng lặp xuống còn 10n thao tá c tí nh toá n

– Cực kỳ quan trọng khi 1 phần của CT chạy chậm

– Đòi hỏi LTV nắm vững kiến thức về phần cứng, trình dịch và quy trình

thực hiện CT

→ Code tuning

1.2. Code tuning (tinh chỉnh mã nguồn) là gì ?

• Thay đổi mã nguồn đã chạy thông theo

hướng hiệu quả hơn nữa

• Chỉ thay đổi ở phạm vi hẹp, ví dụ như chỉ

liên quan đến 1 CTC, 1 tiến trình hay 1

đoạn mã nguồn

• Không liên quan đến việc thay đổi thiết

kế ở phạm vi rộng, nhưng có thể góp

phần cải thiện hiệu năng cho từng phần

trong thiết kế tổng quát

1.3. Cải thiện hiệu năng thông qua cải

thiện mã nguồn

• Có 3 cách tiếp cận để cải thiện hiệu năng thông qua cải

thiện mã nguồn

– Lập hồ sơ mã nguồn (profiling): chỉ ra những đoạn lệnh tiêu tốn nhiều

thời gian thực hiện

– Tinh chỉnh mã nguồn (code tuning): tinh chỉnh các đoạn mã nguồn

– Tinh chỉnh có chọn lựa (options tuning): tinh chỉnh thời gian thực hiện

hoặc tài nguyên sử dụng để thực hiện CT

• Khi nào cần cải thiện hiệu năng theo các hướng này

– Sau khi đã kiểm tra và gỡ rối chương trình

• Không cần tinh chỉnh 1 CT chạy chưa đúng

• Việc sửa lỗi có thể làm giảm hiệu năng CT

• Việc tinh chỉnh thường làm cho việc kiểm thử và gỡ rối trở nên phức tạp

– Sau khi đã bàn giao CT

• Duy trì và cải thiện hiệu năng

• Theo dõi việc giảm hiệu năng của CT khi đưa vào sử dụng

1.4. Quan hệ giữa hiệu năng và tinh chỉnh

mã nguồn

• Việc giảm thiểu số dòng lệnh viết bằng 1 NNLT bậc

cao KHÔ NG:

– Làm tăng tốc độ chạy CT

– làm giảm số lệnh viết bằng ngôn ngữ máy

a[ 1 ] = 1 ; a[ 2 ] = 2 ;

a[ 3 ] = 3 : a[ 4 ] = 4 ;

for i = 1 to 10 do a[i] = i;

a[ 5 ] = 5 ; a[ 6 ] = 6 ;

a[ 7 ] = 7 ; a[ 8 ] = 8 ;

a[ 9 ] = 9 ; a[ 10 ] = 10 ;

Quan hệ giữa hiệu năng và tinh chỉnh

mã nguồn

• Luôn định lượng được hiệu năng cho các

phé p toá n

• Hiệu năng của các phép toán phụ thuộc vào:

– Ngôn ngữ lập trình

– Trình dịch / phiên bản sử dụng

– Thư viện / phiên bản sử dụng

– Processor

– Bộ nhớ máy tính

• Hiệu năng của việc tinh chỉnh mã nguồn trên

cá c má y khá c nhau là khá c nhau.

Quan hệ giữa hiệu năng và tinh chỉnh

mã nguồn

• 1 số kỹ thuật viết mã hiệu quả được áp

dụng để tinh chỉnh mã nguồn

• Nhưng nhìn chung không nên vừa viết

chương trình vừa tinh chỉnh mã nguồn

– Không thể xác định được những nút thắt trong chương

trình trước khi chạy thử toàn bộ chương trình

– Việc xác định quá sớm các nút thắt trong chương trình

sẽ gây ra các nút thắt mới khi chạy thử toàn bộ chương

trì nh

– Nếu vừa viết chương trình vừa tìm cách tối ưu mã

nguồn, có thể làm sai lệch mục tiêu của chương trình

2. Các kỹ thuật tinh chỉnh mã

nguồn

• Tinh chỉnh các biểu thức logic

• Tinh chỉnh các vòng lặp

• Tinh chỉnh việc biến đổi dữ liệu

• Tinh chỉnh các biểu thức

• Tinh chỉnh dãy lệnh

• Viết lại mã nguồn bằng ngôn ngữ assembler

• Lưu ý: Càng thay đổi nhiều thì càng không

cải thiện được hiệu năng

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức

logic

• Không kiểm tra khi đã biết kết quả rồi

– Initial code

if ( 5 < x ) && ( x < 10 ) ….

– Tuned code

if ( 5 < x )

if ( x < 10 )

….

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức

logic

• Không kiểm tra khi đã biết kết quả rồi

• Ví dụ: tinh chỉnh như thế nào ???

negativeInputFound = False;

for ( i = 0; i < iCount; i++ ) {

if ( input[ i ] < 0 ) {

negativeInputFound = True;

}

Dùng break:

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức logic

• Sắp xếp thứ tự các phép kiểm tra theo

tần suất xảy ra kết quả đúng

– Initial code

Select inputCharacter

Case "+", "="

ProcessMathSymbol( inputCharacter )

Case "0" To "9"

ProcessDigit( inputCharacter )

Case ",", ".", ":", ";", "!", "?"

ProcessPunctuation( inputCharacter )

Case " "

ProcessSpace( inputCharacter )

Case "A" To "Z", "a" To "z"

ProcessAlpha( inputCharacter )

Case Else

ProcessError( inputCharacter )

End Select

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức logic

• Sắp xếp thứ tự các phép kiểm tra theo

tần suất xảy ra kết quả đúng

Select inputCharacter

– Tuned code

Case "A" To "Z", "a" To "z"

ProcessAlpha( inputCharacter )

Case " "

ProcessSpace( inputCharacter )

Case ",", ".", ":", ";", "!", "?"

ProcessPunctuation( inputCharacter )

Case "0" To "9"

ProcessDigit( inputCharacter )

Case "+", "="

ProcessMathSymbol( inputCharacter )

Case Else

ProcessError( inputCharacter )

End Select

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức logic

• Sắp xếp thứ tự các phép kiểm tra theo

tần suất xảy ra kết quả đúng

– Tuned code: chuyển lệnh switch thành các

lệnh if - then - else

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức

logic

• So sánh hiệu năng của các lệnh có cấu

trúc tương đương

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức logic

• Thay thế các biểu thức logic phức tạp

bằng bảng tìm kiếm kết quả

Initial code

if ( ( a && !c ) || ( a && b && c ) ) {

category = 1;

}

else if ( ( b && !a ) || ( a && c && !b

) ) {

category = 2;

}

else if ( c && !a && !b ) {

category = 3;

}

else {

category = 0;

}

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức

logic

• Thay thế các biểu thức logic phức tạp bằng

bảng tìm kiếm kết quả

Tuned code

// define categoryTable

static int categoryTable[2][2][2] = {

// !b!c !bc b!c bc

0, 3, 2, 2, // !a

1, 2, 1, 1 // a

};

...

category = categoryTable[ a ][ b ][ c ];

2.1. Tinh chỉnh các biểu thức

logic

• Lazy evaluation: 1 trong các kỹ thuật viết

mã chương trình hiệu quả đã học

2.2. Tinh chỉnh các vòng lặp

• Loại bỏ bớt việc kiểm tra điều kiện bên trong

vòng lặp

– Initial code

for ( i = 0; i < count; i++ ) {

if ( sumType == SUMTYPE_NET ) {

netSum = netSum + amount[ i ];

}

else {

grossSum = grossSum + amount[ i ];

}

if ( sumType == SUMTYPE_NET ) {

for ( i = 0; i < count; i++ ) {

netSum = netSum + amount[ i ];

}

– Tuned code

}

else {

for ( i = 0; i < count; i++ ) {

grossSum = grossSum + amount[ i ];

}

Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Chương 7: Code tuning and documentation - Vũ Đức Vượng