性能表现¶

本文将介绍 bitproto 的编解码性能表现和优化机制。

性能压测¶

对 bitproto 的编解码的性能压测结果显示，它跑的非常快。

Unix 系统¶

在类 unix 系统 (mac, ubuntu etc.) 上，测试 100 字节大小的消息, 一次编码调用或者解码调用占用:

C 语言中 < 2μs
Go 语言中 <10μs
Python 语言中 < 1ms

嵌入式¶

我在一个 stm32 开发板 (arm cortex-m3 72MHz cpu) 上, 对 100 字节大小的消息进行了压测测试，一次编码调用或者解码调用占用 120~140 μs 左右的时间，并且可以通过优化模式来降低到 15 μs 左右。

你可以在 github 上查看 stm32 上详细的压测结果。

优化模式¶

对于大多数场景，bitproto 的性能应该可以满足需求。但是如果你对此不满意，仍然有一种方法可以尝试，即 bitproto 中所谓的 "优化模式" 。通过给 bitproto 的编译器添加一个选项 -O ，可以开启优化模式：

$ bitproto c example.bitproto -O

这样，bitproto 会生成优化模式下的代码。

优化模式背后的机制是，在代码生成阶段直接生成直白的编解码代码语句。我们知道，bitproto 中所有的类型都是定长的，因此在代码生成阶段是完全可以知道如何对数据进行编解码的。在代码生成阶段，bitproto 会遍历消息的所有字段然后生成比特拷贝的语句。

备注

优化模式不支持和扩展性消息一起工作。因为扩展性消息的解码需要依赖动态的计算。

以 C 语言举例，优化模式下生成的代码是这个样子的：

int EncodeDrone(struct Drone *m, unsigned char *s) {
    s[0] |= (((unsigned char *)&((*m).position.latitude))[0] << 3) & 248;
    s[1] = (((unsigned char *)&((*m).position.latitude))[0] >> 5) & 7;
    ...
}

int DecodeDrone(struct Drone *m, unsigned char *s) {
    ((unsigned char *)&((*m).position.latitude))[0] = (s[0] >> 3) & 31;
    ((unsigned char *)&((*m).position.latitude))[0] |= (s[1] << 5) & 224;
    ...
}

上面的生成代码中，没有循环语句、没有 if-else 语句，所有的语句都是直白的比特操作。通过这种方式，bitproto 的优化模式可以给我编解码效率上最大化的提升。

对于通信双方中，一方使用无优化模式 (标准模式)，一方使用优化模式，这种情况也是没有问题的。优化模式只改变了编码函数和解码函数的编写方式，并没有改变数据的交换格式。

事实上，使用优化模式也是一种权衡。在这个模式下，我们不得不放弃扩展性功能，这样其实对协议的兼容性设计是不友好的。优化模式是为了性能敏感的场景设计的，比如低功耗的嵌入式板，计算密集的微控制器。在以下场景下，推荐使用优化模式：

性能敏感的场景，100μs 和 10μs 完全不是一回事。
通信相关方的固件升级总是一起进行的，这样向前兼容性就不那么重要了。
固件的升级并不会频繁，甚至很长时间一次。

特殊的，对于那种固件升级必须一部分一部分进行，没办法一次性升级的情况，比如典型的 CS架构，我还是推荐坚持使用标准模式，而不是优化模式。

目前，bitproto 的优化模式只支持 C 语言和 Go 语言，目前还不支持 Python 。

优化模式所带来的另一个好处是不必在使用支持库了。因为 bitproto 的编译器在优化模式下已经生成了最终的编解码语句，因此 bitproto 的支持库就不需要了。这些支持库最初的设计是为了支持标准模式下的协议扩展性能力。

更小的代码量¶

嵌入式固件可能受限于编译后程序占用空间的大小。 bitproto 提供了一个编译器选项 -F 来筛选需要生成编解码函数的消息名字列表：

$ bitproto example.bitproto -O -F "Packet"

上面的命令中， bitproto 会只生成消息 Packet 的编码函数和解码函数，其他消息的编码函数和解码函数则会跳过，不再生成。

-F 选项之所以是有用处的，是因为在很多情况下，我们在通信过程中只交换一个"顶级的"消息。这个选项也可以用来筛选多个消息名字，使用逗号分隔即可：

$ bitproto example.bitproto -O -F "PacketA,PacketB"

最后需要说明的是，-F 选项只可以用在优化模式下，也就是所只能和 -O 选项搭配使用。

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