Чжао, М. Н. Современные методы оптимизации программного кода / М. Н. Чжао, И. С. Крылов, Б. Р. Онищенко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 28 (423). — С. 7-10. — URL: https://moluch.ru/archive/423/94021/ (дата обращения: 26.06.2023).
В статье рассмотрены основные методы оптимизации программного кода. Приведена классификация методов оптимизации. Приведены главные принципы написания эффективного кода.
Ключевые слова: программный код, эффективность, методы оптимизации, программное обеспечение.
На данный момент индустрия информационных технологий стала одной из самых дорогостоящих в мире. Тестирование ПО не может гарантировать абсолютного устранения ошибок, поэтому актуальность разработки эффективного и безошибочного программного кода очень высока. Очевидно, что подобный программный код обязан быть максимально оптимизированным.
Рабочий, но примитивный, программный код зачастую нуждается в улучшении. Главной проблемой подобных ситуаций является алгоритм, который не охватывает все аспекты, поставленной программисту задачи. Шаблонные алгоритмы с большой вероятностью не использует все тонкости работы с процессором. Большинство современных процессоров используют либо многоядерность или многопоточность, также имеют множество различных блоком для совершения разных операций, такие как блок регистров или арифметически-логических операций. Программному инженеру необходимо учитывать все возможности для оптимизации своего кода под современные процессоры.
КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР: ТОЛЬКО 3% ЛЮДЕЙ ЭТО ПОНИМАЮТ | ФОРМАТ
Рис. 1. Строение современного процессора
Оптимизация — последовательность эквивалентных преобразований исходной программы, уменьшающих ее временные показатели и затраты по памяти. Эффективность оптимизации зависит от отношения эквивалентности и от размера участка экономии, на котором эта оптимизация проводится (обычно оптимизированной программе разрешается иметь большую область определения, чем исходной) [1]. Оптимизацией не добиваются существенного улучшения алгоритма программы, можно только утверждать об улучшении реализации этого алгоритма. В удачных случаях оптимизация может ускорить программу в несколько раз. Далее в статье описаны классификации оптимизации программного кода.
Существуют две основных классификации оптимизации:
— машинно-независимая(высокоуровневая).
Из названия классификаций становится ясно, что в машинно-зависимых оптимизациях используются особенности архитектуры процессоров, низкоуровневые конструкции для лучшего взаимодействия кода и процессора. А машинно-независимые оптимизация затрагивает структуру кода, включая паттерны и стили программирования. Машинно-зависимая оптимизация является более эффективной, по сравнению с независимой, так как с ее помощью учитываются особенности конкретной среды, однако машинно-зависимый оптимизатор не переносится в другую среду. С другой стороны, преобразование программного кода на уровне языка увеличивает общую эффективность программы и допускает дальнейшее развитие и сопровождение кода.
Верстка сайта, почему верстальщики ненавидят конструкторы сайтов
Также для качества оптимизации является важным размер фрагмента программы, в рамках которого производится оптимизирующее операции. Чем больше данный участок, тем больше информации о свойствах программы доступно оптимизатору.
Также бывают классификации, в зависимости от области их применения. Peephole-оптимизация (англ. peephole — «глазок»), при таком виде рассматривают несколько соседних графов представления программы, чтобы увидеть, можно ли с ними произвести какую-либо трансформацию с точки зрения цели оптимизации.
Например, удвоение переменной может быть более эффективно выполнено при помощи левого сдвига или путем сложения переменной с такой же.
— локальные, подразумевает рассмотрение одного базового блока за один шаг. Так как в базовые блоки не обладают способностью переходов потока управления, эти оптимизации требуют незначительного анализа (экономя время и снижая требования к памяти);
— внутрипроцедурные, при такой оптимизации задействовано гораздо больше информации, чем в локальной. Данный метод позволяет достичь более внушительного прироста эффективности, но при этом часто требуются ресурсозатратные вычисления. В случае наличия в оптимизируемой программной единице глобальных переменных — подобная оптимизация будет трудновыполнима;
— межпроцедурные, в данном виде анализируют абсолютно весь код программы. Подобные оптимизации могут быть более эффективным по сравнению с другими методами. Такие оптимизации обычно используют сложные методы, например, вызов функции замещается копией тела функции.
Эффект оптимизации получается путём применения серии разнородных оптимизирующих методов. Оптимизация программного кода обычно проходит в несколько стадий. Рассмотрим каждую из них.
— фрагментация. Под фрагментацией понимается выделение некоторого участка программы, к которому может быть применено преобразование. Задачу фрагментации решает анализ потока управления;
— проверка контекстных условий, то есть выяснение применимости оптимизирующего преобразования к данному фрагменту;
— преобразование. Применение оптимизации к выбранному фрагменту.
Далее рассмотрим основные методы машинно-независимой оптимизации.
Оптимизация циклов. В начале оптимизации кода программистом необходимо рассмотреть код на наличие неэффективных циклов, так как это самое интенсивное место программы. Зачастую именно циклы выполнены с дополнительной нагрузкой. Необходимо просмотреть итерации и выявить вызовы, которые можно вынести за пределы цикла. Оптимизация циклов даёт большой прирост к скорости выполнения программного кода.
Лишние обращения к памяти. Большинство программ в ходе своего выполнения используют память для выполнения функций чтения и записи. Данные обращения занимают много времени. Лучше всего работать с регистрами процессора, а не с памятью. Для программ желательно искать возможность внедрить временную локальную переменную, в которую производить запись, и через некоторое время произвести перезапись из этой переменной в основную память.
Ассоциативность. Свойство операций, позволяющее осуществлять последовательность их выполнения при отсутствии явных указаний на очерёдность при равном приоритете [2]. Во время написания программного кода должно учитываться какая ассоциативность применяется в используемом языке программирования. Рассмотрим пример.
Предположим, в последовательности чисел с плавающей запятой существуют очень маленькие числа и очень большие. Если сначала умножить очень маленькие, то на выходе программы получим ноль. Умножая все оставшиеся числа на ноль, мы в итоге получим ноль. Если же изначально очень маленькие мы будем умножать на очень большие, в итоге можем получить правильный результат.
Векторизация. Новые процессоры поддерживают специальные расширения, называемые SSE или AVX [3], которые дают возможность работать над векторами данных. В процессоре есть векторные регистры, называемые “ %ymm0- %ymm15”, размером 16 или 32 байта. Текущие AVX регистры имеют размер 32 байта и могут содержать четыре 64-битных числа, или восемь 32-битных числа, не важно целых или с плавающей точкой. Данное расширение позволяет выполнять арифметические операции над четырьмя или восьмью числами параллельно, путём использования двух 32- битных регистров.
Условная передача данных. Процессор выполняет предвыборку, то есть считывает команды наперед. В случае если ему попадается ветвление (например, команды ассемблера je, jg, jl) [4], происходит попытка выбора ветви направления вычислений. Если выбор неверный, то теряет несколько тактов. Это называется условная передача управления.
Идея оптимизация заключается в том, чтобы сократить число ветвлений в программном обеспечении, сделав поток выполнения более прямым. Для этого некоторые передачи управления оптимально заменяют на передачу данных.
Подводя итоги, можно сказать, что современный процессор имеет огромную вычислительную мощь. Но для того, чтобы пользоваться ей необходимо правильно структурировать свой код и писать его в определённом стиле. Найти уязвимость в оптимизации кода довольно сложно, поэтому обычно анализ совмещают с экспериментом: пробуют разные подходы, делают измерения производительности, исследуют код для обнаружения узких мест.
- Лекция 11: Оптимизация программного кода // ИНТУИТ. Национальный открытый университет URL: https://intuit.ru/studies/courses/26/26/lecture/815 (дата обращения: 10.07.2022).
- Очерёдность операций // Википедия. Свободная энциклопедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Очерёдность_операций (дата обращения: 09.07.2022).
- Популярно об MMX, SSE и AVX // Российское информационно-аналитическое веб-издание «i2HARD» URL: https://i2hard.ru/publications/26720/ (дата обращения: 08.07.2022).
- Оптимизация кода: процессор // Российский информационный портал «habr» URL: https://habr.com/ru/post/309796/ (дата обращения: 07.07.2022).
Основные термины (генерируются автоматически): программный код, оптимизация, AVX, SSE, оптимизация циклов, память, программное обеспечение, процессор, современный процессор, число.
Источник: moluch.ru
Эффективность и оптимизация программ
Эффективность ПП обеспечивается принятием подходящих решений на разных этапах его разработки, начиная с разработки его архитектуры. Особенно сильно на эффективность ПП (особенно по памяти) влияет выбор структуры и представления данных.
Но и выбор алгоритмов, используемых в тех или иных программных модулях, а также особенности их реализации (включая выбор языка программирования) может существенно повлиять на эффективность ПС. При этом постоянно приходится разрешать противоречие между временньй эффективностью и эффективностью по памяти (ресурсам). Поэтому весьма важно, чтобы в спецификации качества были явно указаны приоритеты или количественное соотношение между показателями этих примитивов качества. Следует также иметь в виду, что разные программные модули по-разному влияют на эффективность ПП в целом: одни модули могут сильно влиять на временнyю эффективность и практически не влиять на эффективность по памяти, а другие могут существенно влиять на общий расход памяти, не оказывая заметного влияния на время работы ПП. Более того, это влияние (прежде всего, в отношении временнoй эффективности) заранее (до окончания реализации ПП) далеко не всегда можно правильно оценить
С учетом сказанного, рекомендуется придерживаться следующих принципов для обеспечения эффективности ПП:
— сначала нужно разработать надежное ПП, а потом уж заниматься доведением его эффективности до требуемого уровня в соответствии с его спецификацией качества;
— для повышения эффективности ПП, прежде всего, нужно использовать оптимизирующий компилятор — это может обеспечить требуемую эффективность;
— если эффективность ПП не удовлетворяет спецификации его качества, то найдите самые критические модули с точки зрения требуемой эффективности ПП; эти модули и попытайтесь оптимизировать в первую очередь путем их ручной переделки;
— не следует заниматься оптимизацией модуля, если этого не требуется для достижения требуемой эффективности ПП.
Для отыскания критических модулей с точки зрения временнй эффективности ПП потребуется получить распределение по модулям времени работы ПП путем соответствующих измерений во время выполнения ПП. Это может быть сделано с помощью динамического анализатора (специального программного инструмента), который может определить частоту обращения к каждому модулю в процессе применения ПП.
Обеспечение качества программного продукта
Разработка программного обеспечения — это, прежде всего, нахождение способов получения качественного программного продукта. Что мы подразумеваем, когда мы говорим о «качестве» программного обеспечения? Качество программного обеспечения может измеряться во внешних характеристиках (например, легкий в использовании, выполняется быстро) или во внутренних характеристиках (например, модульная конструкция, читабельный код).
Каждый ПП должен выполнять определенные функции, т.е. делать то, что задумано. Хороший ПП должен обладать еще целым рядом свойств, позволяющим успешно его использовать в течении длительного периода, т.е. обладать определенным качеством. Качество ПП это совокупность его черт и характеристик, которые влияют на его способность удовлетворять заданные потребности пользователей.
Это не означает, что разные ПП должны обладать одной и той же совокупностью таких свойств в их наивысшей степени. Этому препятствует тот факт, что повышение качества ПП по одному из таких свойств часто может быть достигнуто лишь ценой изменения стоимости, сроков завершения разработки и снижения качества этого ПП по другим его свойствам. Качество ПП является удовлетворительным, когда оно обладает указанными свойствами в такой степени, чтобы гарантировать успешное его использование.
Совокупность свойств ПП, которая образует удовлетворительное для пользователя качество ПП, зависит от условий и характера эксплуатации этого ПП, т.е. от позиции, с которой должно рассматриваться качество этого ПП. Поэтому при описании качества ПП, прежде всего, должны быть фиксированы критерии отбора требуемых свойств ПП. В настоящее время критериями качества ПП принято считать:
— функциональность
— надежность
— легкость применения
— эффективность
— сопровождаемость
— мобильность
Функциональность это способность ПП выполнять набор функций, удовлетворяющих заданным или подразумеваемым потребностям пользователей. Набор указанных функций определяется во внешнем описании ПП.
Надежность подробно обсуждалась в первой лекции.
Легкость применения это характеристики ПП, которые позволяют минимизировать усилия пользователя по подготовке исходных данных, применению ПП и оценке полученных результатов, а также вызывать положительные эмоции определенного или подразумеваемого пользователя.
Эффективность это отношение уровня услуг, предоставляемых ПП пользователю при заданных условиях, к объему используемых ресурсов.
Сопровождаемость это характеристики ПП, которые позволяют минимизировать усилия по внесению изменений для устранения в нем ошибок и по его модификации в соответствии с изменяющимися потребностями пользователей.
Мобильность это способность ПП быть перенесенным из одной среды (окружения) в другую, в частности, с одной ЭВМ на другую.
Функциональность и надежность являются обязательными критериями качества ПП, причем обеспечение надежности будет красной нитью проходить по всем этапам и процессам разработки ПП. Остальные критерии используются в зависимости от потребностей пользователей в соответствии с требованиями к ПП.
Источник: studentopedia.ru
Максимизация эффективности: 5 проверенных методов для экономически эффективной разработки программного обеспечения
Разработка программного обеспечения — это постоянно развивающаяся область, требующая постоянного стремления к максимальной эффективности. В условиях постоянно растущего давления, связанного с необходимостью создания высококачественного программного обеспечения в сжатые сроки и в рамках ограниченного бюджета, разработчики должны искать способы рационализации своих процессов и минимизации затрат.
К счастью, существует несколько проверенных методов, которые могут помочь достичь этой цели. В этой статье мы рассмотрим пять экономически эффективных методов, которые помогут вам максимально повысить эффективность разработки программного обеспечения. Мы расскажем обо всем, что вам необходимо знать для оптимизации процессов разработки программного обеспечения и достижения наилучших результатов — от использования программного обеспечения с открытым исходным кодом до внедрения гибких методологий. Независимо от того, являетесь ли вы опытным разработчиком или только начинаете, эти методы помогут вам поднять разработку программного обеспечения на новый уровень. Итак, давайте погрузимся в процесс и узнаем, как вы можете максимально повысить эффективность ваших проектов по разработке программного обеспечения!
Введение в экономически эффективную разработку программного обеспечения
Разработка программного обеспечения — это процесс, требующий значительных затрат времени и ресурсов. Однако преимущества экономически эффективной разработки программного обеспечения многочисленны. Она не только помогает минимизировать затраты, но и гарантирует, что программное обеспечение будет предоставлено в установленные сроки. Кроме того, экономически эффективные методы разработки программного обеспечения помогают повысить качество создаваемого программного обеспечения. Благодаря оптимизации процесса разработки разработчики могут сосредоточиться на создании высококачественных продуктов, отвечающих потребностям клиентов.
Преимущества экономически эффективной разработки программного обеспечения
Экономически эффективная разработка программного обеспечения имеет ряд преимуществ, в том числе:
Минимизация затрат
Использование экономически эффективных методов разработки программного обеспечения помогает минимизировать затраты. Оптимизируя процесс разработки, разработчики могут сократить количество времени и ресурсов, необходимых для завершения проекта. Это, в свою очередь, помогает минимизировать затраты и повысить рентабельность.
Ускоренное время выхода на рынок
Экономически эффективные методы разработки программного обеспечения помогают ускорить время выхода на рынок. Благодаря более коротким циклам разработки разработчики могут быстрее выпускать программные продукты, что очень важно в сегодняшней быстро меняющейся бизнес-среде.
Улучшенное качество
Экономически эффективные методы разработки программного обеспечения помогают улучшить качество производимого программного обеспечения. Сосредоточившись на предоставлении высококачественных продуктов, отвечающих потребностям клиентов, разработчики могут создать положительную репутацию для своей компании и повысить удовлетворенность клиентов.
Методы для максимальной эффективности
Чтобы максимально повысить эффективность проектов по разработке программного обеспечения, необходимо использовать правильные методы. Вот пять проверенных методик, которые помогут вам достичь этой цели:
Методология гибкой разработки
Методология разработки Agile — это гибкий и итерационный подход к разработке программного обеспечения. Она делает акцент на сотрудничестве между командами и заинтересованными сторонами, постоянном совершенствовании и предоставлении рабочего программного обеспечения. Методология Agile-разработки помогает улучшить качество производимого программного обеспечения, снижает риск неудачи проекта и гарантирует, что программное обеспечение отвечает потребностям конечных пользователей.
Методология Agile-разработки основана на четырех ключевых ценностях: личности и взаимодействие, работающее программное обеспечение, сотрудничество с клиентами и реагирование на изменения. Следуя этим ценностям, разработчики могут создавать высококачественные программные продукты, отвечающие потребностям клиентов.
Непрерывная интеграция и развертывание
Непрерывная интеграция и развертывание (CI/CD) — это практика разработки программного обеспечения, которая предполагает регулярное объединение изменений кода и автоматизацию тестирования и развертывания программного обеспечения. CI/CD помогает снизить риск ошибок, повысить качество производимого программного обеспечения и ускорить выход на рынок.
CI/CD включает в себя несколько этапов, в том числе интеграцию кода, автоматизированное тестирование и автоматизированное развертывание. Автоматизируя эти процессы, разработчики могут сократить количество времени и ресурсов, необходимых для завершения проекта.
Автоматизированное тестирование
Автоматизированное тестирование — это практика тестирования программного обеспечения, которая включает в себя использование инструментов для автоматизации тестирования программного обеспечения. Автоматизированное тестирование помогает улучшить качество производимого программного обеспечения и снизить риск ошибок. Автоматизация процесса тестирования позволяет разработчикам экономить время и ресурсы и гарантировать, что программное обеспечение соответствует потребностям конечных пользователей.
Автоматизированное тестирование включает в себя несколько типов тестов, в том числе модульное тестирование, интеграционное тестирование и приемочное тестирование. Используя эти тесты, разработчики могут быстро выявлять и исправлять ошибки, что способствует повышению качества создаваемого программного обеспечения.
Аутсорсинг и удаленные команды
Аутсорсинг и удаленные команды — это экономически эффективные способы максимально повысить эффективность проектов по разработке программного обеспечения. Передавая разработку программного обеспечения удаленным командам, вы можете воспользоваться опытом разработчиков со всего мира. Это помогает снизить затраты и повысить качество создаваемого программного обеспечения.
Аутсорсинг и удаленные команды также помогают ускорить время выхода на рынок. Используя удаленные команды, разработчики могут работать над несколькими проектами одновременно, что помогает сократить время, необходимое для завершения проекта.
Использование программного обеспечения с открытым исходным кодом
Использование программного обеспечения с открытым исходным кодом — это экономически эффективный способ повысить эффективность проектов по разработке программного обеспечения. Программное обеспечение с открытым кодом является бесплатным для использования, что помогает снизить затраты. Кроме того, программное обеспечение с открытым исходным кодом часто хорошо документировано и поддерживается большим сообществом разработчиков, что делает его простым в использовании.
Программное обеспечение с открытым исходным кодом включает в себя инструменты разработки программного обеспечения, библиотеки и фреймворки. Используя открытое программное обеспечение, разработчики могут сократить количество времени и ресурсов, необходимых для завершения проекта.
Примеры успешной экономически эффективной разработки программного обеспечения
Существует несколько примеров успешной экономически эффективной разработки программного обеспечения. Например, компания Spotify использует методологию гибкой разработки и непрерывной интеграции и развертывания для создания высококачественных программных продуктов. Кроме того, компания IBM использовала аутсорсинг и удаленные команды для снижения затрат и повышения качества своих программных продуктов.
Заключение
В заключение следует отметить, что экономически эффективная разработка программного обеспечения необходима в сегодняшней быстро меняющейся бизнес-среде. Используя правильные методы, разработчики могут минимизировать затраты, повысить качество производимого программного обеспечения и ускорить выход на рынок. Существует несколько проверенных методов, которые могут помочь вам достичь этой цели: от использования программного обеспечения с открытым исходным кодом до внедрения гибких методологий. Поэтому, если вы хотите поднять разработку программного обеспечения на новый уровень, начните применять эти методы уже сегодня!
Источник: vc.ru