高性能JavaScript循环语句和条件语句

Z时代
2024-01-10
分类：综合

一、循环语句

众所周知，常用的循环语句有for、while、do-while以及for-in，forEach。除了for-in和forEach性能略低外，平时我们对前三者的选择更多的是基于需求而非性能考虑，今天我们就对它们各自的性能做个测试，告诉我们最极端的情况下还能做哪些优化。

首先我们来谈谈为何for-in和forEach会比其他的慢。for-in一般是用在对象属性名的遍历上的，由于每次迭代操作会同时搜索实例本身的属性以及原型链上的属性，所以效率肯定低下；而forEach是基于函数的迭代（需要特别注意的是所有版本的ie都不支持，如果需要可以用JQuery等库），对每个数组项调用外部方法所带来的开销是速度慢的主要原因。

接着我们看看每次迭代中for、while以及do-while都做了什么。


var length = items.length;
for(var i = 0; i < length; i++)
 process(items[i]);
var j = 0;
while(j < length) 
 process(items[j++]);
var k = 0;
do {
 process(items[k++]);
} while(k < length);

上面的每个循环中，每次运行循环体时都会产生这样的操作：

一次控制条件中的数值大小比较（i < length）

一次控制条件结果是否为true的比较（i < length === true）

一次自增操作（i++）

一次数组查找（items[i]）

一次函数调用process(items[i])

我们可以通过颠倒数组的顺序来提高循环性能：


for(var i = items.length; i--; )
 process(items[i]);
var j = items.length;
while(j--) 
 process(items[j]);
var k = items.length - 1;
do {
 process(items[k]);
} while(k--);

本例中使用了倒序循环，并把减法操作整合在循环条件中。现在每个控制条件只是简单地与0比较。控制条件与true值比较，任何非零数会自动转换为true，而零值等同于false。实际上，控制条件从两个比较（迭代数少于总数吗？它是true吗？）减少到一次比较（它是true吗？）。每次迭代从两次比较减少到一次，进一步提高了循环速度。

性能测试：

那么事实真的如此吗？真金不怕浏览器验。测试代码很简单，针对不同的8种情况封装了8个函数（不加定时器firefox下无法打印profiles信息，原因不明）：


// init array
var a = [];
var length = 10;
for(var i = 0; i < length; i++)
 a[i] = 1;
function for_in() {
 var sum = 0;
 for(var i in a) 
  sum += a[i];
}
function for_each() {
 var sum = 0;
 a.forEach(function(value, index, array) {
  sum += value;
 });
}
function for_normal() {
 var sum = 0;
 for(var i = 0; i < length; i++)
  sum += a[i];
}
function for_reverse() {
 var sum = 0;
 for(var i = length; i--; )
  sum += a[i];
}
function while_normal() {
 var sum = 0;
 var i = 0;
 while(i < length) 
  sum += a[i++];
}
function while_reverse() {
 var sum = 0;
 var i = length;
 while(i--) 
  sum += a[i];
}
function do_while_normal() {
 var sum = 0;
 var i = 0;
 do {
  sum += a[i++];
 } while(i < length);
}
function do_while_reverse() {
 var sum = 0;
 var i = length - 1;
 do {
  sum += a[i];
 } while(i--);
}
setTimeout(function() {
 console.profile();
 for_in();
 for_each();
 for_normal();　　
 for_reverse();
 while_normal();
 while_reverse();
 do_while_normal();
 do_while_reverse();
 console.profileEnd();
}, 1000);

当数组长度为100时，我们发现firefox下的结果确实和预料的相似：for-each和for-in效率低下，倒序比正序效率略微提升。（chrome下的profiles由于时间太短不显示）

当数据量达到100w时，firefox和chrome下的结果都如人所愿，但是也略微有所不同。ff下的for-in表现地比for-each好，而chrome下for-in表现糟糕，直接提出了警告。而倒序迭代虽然性能略微有所提升，但是提升的不是很多，且降低了代码阅读性。

小结：

倒序迭代确实能略微提升代码性能，但是牺牲了代码可读性，除非追求极端性能优化情况下不然没必要用

遍历数组能用普通的循环就不要用for-in和for-each

二、条件语句

常见的条件语句有if-else和switch-case，那么什么时候用if-else，什么时候用switch-case语句呢？

我们先来看个简单的if-else语句的代码：


if (value == 0){
  return result0;
} else if (value == 1){
  return result1;
} else if (value == 2){
  return result2;
} else if (value == 3){
  return result3;
} else if (value == 4){
  return result4;
} else if (value == 5){
  return result5;
} else if (value == 6){
  return result6;
} else if (value == 7){
  return result7;
} else if (value == 8){
  return result8;
} else if (value == 9){
  return result9;
} else {
  return result10;
}

最坏的情况下（value=10）我们可能要做10次判断才能返回正确的结果，那么我们怎么优化这段代码呢？一个显而易见的优化策略是将最可能的取值提前判断，比如value最可能等于5或者10，那么将这两条判断提前。但是通常情况下我们并不知道（最可能的选择），这时我们可以采取二叉树查找策略进行性能优化。


if (value < 6){
  if (value < 3){
    if (value == 0){
      return result0;
    } else if (value == 1){
      return result1;
    } else {
      return result2;
    }
  } else {
    if (value == 3){
      return result3;
    } else if (value == 4){
      return result4;
    } else {
      return result5;
    }
  }
} else {
  if (value < 8){
    if (value == 6){
      return result6;
    } else {
      return result7;
    }
  } else {
    if (value == 8){
      return result8;
    } else if (value == 9){
      return result9;
    } else {
      return result10;
    }
  }
}

这样优化后我们最多进行4次判断即可，大大提高了代码的性能。这样的优化思想有点类似二分查找，和二分查找相似的是，只有value值是连续的数字时才能进行这样的优化。但是代码这样写的话不利于维护，如果要增加一个条件，或者多个条件，就要重写很多代码，这时switch-case语句就有了用武之地。

将以上代码用switch-case语句重写：


switch(value){
  case 0:
    return result0;
  case 1:
    return result1;
  case 2:
    return result2;
  case 3:
    return result3;
  case 4:
    return result4;
  case 5:
    return result5;
  case 6:
    return result6;
  case 7:
    return result7;
  case 8:
    return result8;
  case 9:
    return result9;
  default:
    return result10;
}

swtich-case语句让代码显得可读性更强，而且swtich-case语句还有一个好处是如果多个value值返回同一个结果，就不用重写return那部分的代码。一般来说，当case数达到一定数量时，swtich-case语句的效率是比if-else高的，因为switch-case采用了branch table（分支表）索引来进行优化，当然各浏览器的优化程度也不一样。

除了if-else和swtich-case外，我们还可以采用查找表。


var results = [result0, result1, result2, result3, result4, result5, result6, result7, result8, result9, result10];
//return the correct result
return results[value];

当数据量很大的时候，查找表的效率通常要比if-else语句和swtich-case语句高，查找表能用数字和字符串作为索引，而如果是字符串的情况下，最好用对象来代替数组。当然查找表的使用是有局限性的，每个case对应的结果只能是一个取值而不能是一系列的操作。

小结：