davidyichengwei 性能优化技术
前置检查
本 skill 是参考资料，不是工作流入口。
在应用本 skill 的优化规则前，必须确认：
优化目标是否明确？
- 具体要优化什么？延迟？吞吐？内存？
- 当前数据是多少？目标是多少？
- 如何测量和验证？
是否已经定位瓶颈？
- 有 profiling 数据吗？
- 热点在哪里？
如果以上问题不清楚：
- 涉及代码修改 → 先走
workflow-code-generationSkill（它会引导需求澄清） - 仅做分析 → 先与用户确认优化目标和当前数据
核心理念
优化的本质是简化。 复杂的代码通常更大、更慢、更耗能。
方法论
| 阶段 | 要点 |
|---|---|
| 1. 定义目标 | 明确成功标准：延迟？吞吐？内存？功耗？ |
| 2. 设计评估 | 糟糕的设计无法靠优化弥补 |
| 3. Profile | 关注消耗指标（指令数、cache miss），不只是时间 |
| 4. 算法优先 | 先优化数据结构和算法 |
| 5. 应用规则 | 对热点应用具体优化规则 |
设计原则
| 原则 | 说明 |
|---|---|
| 简单直接 | 避免过度抽象；能删代码比加代码好 |
| 连续优于分散 | vector/数组优于链表（cache 友好） |
| 直接优于间接 | 减少指针追逐，每次间接访问都是潜在 cache miss |
| 独占优于共享 | unique_ptr 无开销；shared_ptr 有原子操作开销 |
| 扁平优于深层 | 避免复杂继承层次和虚函数派发 |
| Early Binding | 把工作提前做一次，避免重复做多次 |
| 模块化 | 清晰契约，允许局部替换而不改架构 |
优化规则速查
Space-for-Time（空间换时间）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Data Structure Augmentation | 添加冗余信息加速操作 |
| Precomputation | 预计算并存储结果 |
| Caching | 缓存频繁访问的数据 |
| Lazy Evaluation | 延迟计算直到真正需要 |
详见 reference/space-for-time.md
Time-for-Space（时间换空间）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Packing | 紧凑存储减少内存占用 |
| Overlaying | 复用内存空间 |
| Interpreters | 用解释器压缩程序表示 |
详见 reference/time-for-space.md
Loop Rules（循环优化）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Code Motion | 将循环不变量移出循环 |
| Combining Tests | 合并测试条件，使用哨兵 |
| Loop Unrolling | 展开循环减少迭代开销 |
| Loop Fusion | 合并相同范围的循环 |
详见 reference/loop-rules.md
Logic Rules（逻辑优化）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Algebraic Identities | 用等价的更廉价表达式替换 |
| Short-Circuiting | 提前终止求值 |
| Reordering Tests | 廉价/常成功的测试放前面 |
| Precompute Logical Functions | 查表替代逻辑计算 |
详见 reference/logic-rules.md
Procedure Rules（过程优化）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Inlining | 内联展开减少调用开销 |
| Exploit Common Cases | 快速路径处理常见情况 |
| Tail Recursion Removal | 尾递归转循环 |
| Parallelism | 利用硬件并行能力 |
详见 reference/procedure-rules.md
Expression Rules（表达式优化）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| Compile-Time Initialization | 编译期初始化 |
| Strength Reduction | 用廉价操作替代昂贵操作 |
| Common Subexpression Elimination | 消除公共子表达式 |
| Word Parallelism | 利用字宽并行（位操作） |
详见 reference/expression-rules.md
Cache & Memory（缓存和内存）
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| AoS → SoA | 单字段扫描时结构体数组转数组结构体 |
| Loop Tiling | 分块处理，使工作集 fit 进 cache |
| False Sharing | 多线程变量对齐到不同 cache line |
| Arena/Pool | 批量分配，避免频繁 malloc |
详见 reference/cache-and-memory.md
Modern C++ Tricks
| 规则 | 说明 |
|---|---|
| string_view/span | 避免拷贝，零开销抽象 |
| Branchless | 减少分支预测失败惩罚 |
| CRTP | 静态多态替代虚函数 |
| Sharded Lock | 分片锁减少竞争 |
详见 reference/modern-cpp-tricks.md
Code Review 检查清单
设计层面：
- 数据结构是否连续紧凑？
- 是否有不必要的抽象层或间接访问？
- 关键路径是否简单直接？
实现层面：
- 循环不变量是否已移出？
- 是否有可预计算的值？
- 测试条件顺序是否最优？
- 是否存在重复计算？