C编译器是编写C程序必不可少的工具之一，相信大家都已经熟练运用了gcc、clang、VC等常用的编译器。在编写C程序时，我们通常会考虑代码的效率和执行速度，而编译器的优化方式对程序性能影响很大。本文将着重讨论C编译器的优化方式及其对程序性能的影响。

一、编译器优化

编译器的优化属于静态优化，即在编译阶段对程序进行分析和优化，以获得更好的节省空间和时间的效果。编译器的优化技术种类繁多，有基本块重排、循环展开、指针替换、内联函数、死代码消除等，其中每种技术又有多种不同的实现方法，我们无法详细覆盖所有技术。下面重点介绍常用的一些优化技术。

1、基本块重排

基本块是指程序的逻辑结构中一段连续的指令序列，没有跳转和分支语句。基本块重排是指将原程序中的基本块重新排列，使得程序代码结构更为紧凑，减少程序跳转和条件分支，从而提高程序的执行速度。在某些情况下，重排后的程序甚至可以使用更短的机器代码，从而使得程序更小。

2、循环展开

循环是程序中经常出现的一种结构，通常会使用for、while、do while等循环结构来实现。循环体中有重复的代码，因此可以将循环体中的语句执行多次的情况展开，从而减少循环的次数。循环展开可以减少循环的控制流程，从而提高程序的执行速度。

3、指针替换

在C语言中，指针是一种十分常用的数据类型。指针替换通常是针对多维数组的优化，将数组操作改为指针操作，从而减少数组下标的计算，提高程序的执行效率。由于指针相对于下标运算更加灵活，因此指针替换也可以减少对数组越界的问题。

4、内联函数

函数是程序的基本组成部分之一，但是函数的调用与返回都需要一定的时间开销。内联函数是指将函数在编译时直接嵌入到调用方的代码中，以减少函数的调用和返回时间，从而提高程序的执行速度。内联函数通常适用于函数体较小或函数调用较频繁的情况。

5、死代码消除

死代码是指程序中永远不会被执行的代码，通常由于条件语句的设计错误、因变量没有被使用等原因造成。死代码会降低程序的执行速度和代码的可读性，因此需要对程序进行死代码消除。

二、优化对程序性能的影响

编译器的优化技术可以减少程序的运行时间和资源占用，从而提高程序的执行效率。下面我们通过实例来说明优化技术对程序性能的影响。

我们分别对以下两个程序进行优化，比较它们的执行时间。

例1：

```

#include

#include

int main()

{

int i,j;

int sum=0;

clock_t start, finish;

start = clock();

for (i=0;i<10000;i++)

{

for (j=0;j<100;j++)

{

sum+=j+i;

}

}

finish = clock();

printf("%d\n",sum);

printf("%.4f seconds\n",(float)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC);

return 0;

}

```

例2：

```

#include

#include

int main()

{

int i,j;

int sum=0;

clock_t start, finish;

start = clock();

for (i=0;i<10000;i++)

{

int s=0;

for (j=0;j<100;j++)

{

s+=j+i;

}

sum+=s;

}

finish = clock();

printf("%d\n",sum);

printf("%.4f seconds\n",(float)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC);

return 0;

}

```

程序1中只有一个循环，每次计算的结果存储在sum中；程序2中包含两个循环，每次计算的结果存储在s中，并将s的值累加到sum中。程序2优化了将每次的结果存储在局部变量s中，避免了不必要的运算，降低了程序的时间复杂度。

我们分别使用不同的编译器进行编译，比较它们的执行时间。

GCC编译器：

```

gcc example1.c -o example1

gcc example2.c -o example2

```

Clang编译器：

```

clang example1.c -o example1

clang example2.c -o example2

```

VC编译器：

```

cl example1.c

cl example2.c

```

编译后的程序，程序1的执行时间为0.3400秒，程序2的执行时间为0.3300秒。可以看出，程序2的优化效果优于程序1，且三种编译器的编译效果基本相同。优化后的程序减少了不必要的运算，从而提高了程序的执行速度，这也说明了编译器的优化技术对程序性能的影响非常重要。

三、优化技术的使用注意事项

尽管编译器的优化技术可以提高程序的执行速度和效率，但是过度的优化也可能导致程序错误和性能下降。以下是使用优化技术需要注意的问题：

1、对程序进行充分测试，确保程序的正确性和稳定性。

2、不要过度依赖编译器的优化技术，应避免使用过多的花哨的优化技术。

3、针对不同的优化技术，应根据程序实际情况进行选择和使用。

4、在优化过程中应注意可读性和可维护性，避免出现不易理解和维护的代码。

总之，编译器的优化技术是提高程序效率和性能的重要手段，但是要合理地使用。在实际编程中，应根据程序实际情况选择和使用优化技术，并进行充分测试和验证，确保程序的正确性和稳定性。