bp-performance-optimization

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description	提供性能优化方法论、设计原则和具体优化规则。在编写代码、优化性能瓶颈、进行 code review 时使用，涵盖 CPU、内存、I/O、并发等维度。

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：

1. 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？

2. 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-generation Skill（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

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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

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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

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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？