[0162] 字体处理性能优化

devel/0162.md

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+# [0162] 字体处理性能优化
+
+## 1 相关文档
+- [dddd.md](dddd.md) - 任务文档模板
+
+## 2 任务相关的代码文件
+- `src/Graphics/Fonts/smart_font.cpp`
+- `src/Graphics/Fonts/find_font.cpp`
+- `src/Graphics/Fonts/font_translate.cpp`
+- `src/Data/String/unicode.cpp`
+- `src/Data/String/unicode.hpp`
+- `tests/Graphics/Fonts/smart_font_test.cpp`
+- `tests/Graphics/Fonts/font_size_test.cpp`
+
+## 3 如何测试
+
+### 3.1 确定性测试（单元测试）
+```bash
+xmake b smart_font_test
+xmake r smart_font_test
+xmake b font_size_test
+xmake r font_size_test
+```
+
+### 3.2 性能测试
+```bash
+xmake b smart_font_test
+TM_DEBUG_BENCH=1 xmake r smart_font_test
+```
+
+## 4 如何提交
+
+```bash
+xmake b smart_font_test
+xmake r smart_font_test
+xmake b font_size_test
+xmake r font_size_test
+```
+
+## 5 What
+对字体处理代码做实验性质的性能优化，采用 TDD 方式开发。
+
+## 6 Why
+字体处理代码逻辑非常绕，性能有瓶颈。每次字符解析都涉及大量字符串操作和哈希查找，在文档渲染时成为热点。
+
+## 7 How
+- 先写性能基准测试
+- 用 `bench_start`/`bench_end` 定位热点
+- 针对性优化，每个小优化一个 commit
+- 关键位置用 `cout` 加日志验证优化效果
+
+## 8 已完成的优化
+
+### Commit 1: 优化 smart_font resolve 避免重复 get_unicode_range 调用
+- `resolve(string c)` 中对同一个字符的 `get_unicode_range` 调用提取到循环外，只计算一次后传给内层循环
+- 新增 `resolve(string c, string range, string fam, int attempt)` 重载
+
+### Commit 2: 缓存 get_unicode_range 和 get_utf8_code 结果避免重复 UTF-8 转换
+- `unicode.cpp` 中新增 `unicode_range_cache` 和 `utf8_code_cache`
+- `get_utf8_code` 改为委托给缓存版本 `get_utf8_code_cached`
+- 避免对同一字符反复做 `strict_cork_to_utf8` + `decode_from_utf8`
+
+### Commit 3: 优化 find_font 减少重复 as_string 调用
+- `find_font(string family, ...)` 中缓存 `sz_str` 和 `dpi_str`
+- 避免在构造 `t1/t2/t3/panic` 等 tree 时重复调用 `as_string`
+
+### Commit 4: 优化 smart_font_bis 字符串构造并移除多余 normalize
+- 缓存 `vdpi_str`/`hdpi_str`，减少字符串拼接
+- 移除 `smart_font`/`math_smart_font`/`prog_smart_font` 中多余的 `normalize_half_multiple_size` 调用（已在调用方处理）
+
+### Commit 5: 移除 get_extents/draw_fixed 中不必要的字符串拷贝
+- `get_extents`/`get_xpositions`/`draw_fixed` 中 `string r= s` 改为 `string r`
+- 避免循环中不必要的引用计数增减
+
+### Commit 6: 优化 closest_font 减少重复 as_string 调用
+- `closest_font` 中缓存 `dpi_str` 和 `attempt_str`
+
+### Commit 7: 缓存 substitute_math_letter 结果避免重复调用
+- `smart_font_rep` 中新增 `math_letter_cache`
+- 避免数学字母替换的重复计算
+
+### Commit 8: 将 resolve 内层循环中的不变检查提升到循环外
+- `is_rubber(c)` 和 `starts(c, "<wide-")` 提升到循环外
+- 避免对同一字符重复执行这些检查
+
+### Commit 9: 添加 occurs 快速路径避免不必要 trimmed_tokenize
+- `resolve(c, range, fam, attempt)` 中先检查 `occurs("=", fam)`
+- 避免对不含 `=` 的 fam 执行无意义的 `trimmed_tokenize`
+
+### Commit 10: 清理临时 LIII_DEBUG 日志
+- 移除验证阶段添加的临时调试输出

src/Data/String/unicode.cpp

@@ -15,15 +15,43 @@
 
 #include <lolly/data/unicode.hpp>
 
+static hashmap<string, string> unicode_range_cache ("");
+
 string
 get_unicode_range (string c) {
+  if (unicode_range_cache->contains (c)) return unicode_range_cache[c];
   string uc= strict_cork_to_utf8 (c);
-  if (N (uc) == 0) return "";
+  if (N (uc) == 0) {
+    unicode_range_cache (c)= "";
+    return "";
+  }
   int      pos  = 0;
   uint32_t code = lolly::data::decode_from_utf8 (uc, pos);
   string   range= lolly::data::unicode_get_range (code);
-  if (pos == N (uc)) return range;
-  return "";
+  if (pos != N (uc)) range= "";
+  unicode_range_cache (c)= range;
+  return range;
+}
+
+static hashmap<string, int> utf8_code_cache (-1);
+
+int
+get_utf8_code_cached (string c) {
+  if (utf8_code_cache->contains (c)) return utf8_code_cache[c];
+  int c_N= N (c);
+  if (c_N <= 2 || c_N > 6) {
+    utf8_code_cache (c)= -1;
+    return -1;
+  }
+  string uc  = strict_cork_to_utf8 (c);
+  int    pos = 0;
+  int    code= lolly::data::decode_from_utf8 (uc, pos);
+  if (pos == c_N) {
+    utf8_code_cache (c)= code;
+    return code;
+  }
+  utf8_code_cache (c)= -1;
+  return -1;
 }
 
 bool

src/Data/String/unicode.hpp

@@ -17,6 +17,7 @@
 #include "string.hpp"
 
 string get_unicode_range (string c);
+int    get_utf8_code_cached (string c);
 bool   is_emoji_character (int uc);
 
 #endif

src/Graphics/Fonts/find_font.cpp

@@ -220,12 +220,12 @@ find_magnified_font (tree t, double zoomx, double zoomy) {
 font
 find_font (string family, string variant, string series, string shape,
            double sz, int dpi) {
-  // 浮点尺寸字符串处理：整数如"10"，0.5倍数如"10.5"
   string sz_str;
-  if (sz == round (sz)) sz_str= as_string ((int) sz); // 整数
-  else sz_str= as_string (sz);                        // 0.5倍数，保留一位小数
+  if (sz == round (sz)) sz_str= as_string ((int) sz);
+  else sz_str= as_string (sz);
+  string dpi_str= as_string (dpi);
   string s= family * "-" * variant * "-" * series * "-" * shape * "-" * sz_str *
-            "-" * as_string (dpi);
+            "-" * dpi_str;
   if (font::instances->contains (s)) return font (s);
 
   if (ends (shape, "-poorit")) {
@@ -284,10 +284,8 @@ find_font (string family, string variant, string series, string shape,
   t1[1]= variant;
   t1[2]= series;
   t1[3]= shape;
-  // 浮点尺寸字符串处理
-  if (sz == round (sz)) t1[4]= as_string ((int) sz); // 整数
-  else t1[4]= as_string (sz);                        // 0.5倍数，保留一位小数
-  t1[5]  = as_string (dpi);
+  t1[4]= sz_str;
+  t1[5]  = dpi_str;
   font fn= find_font (t1);
   if (!is_nil (fn)) {
     font::instances (s)= (pointer) fn.rep;
@@ -298,8 +296,8 @@ find_font (string family, string variant, string series, string shape,
   t2[0]= family;
   t2[1]= variant;
   t2[2]= series;
-  t2[3]= as_string (sz);
-  t2[4]= as_string (dpi);
+  t2[3]= sz_str;
+  t2[4]= dpi_str;
   fn   = find_font (t2);
   if (!is_nil (fn)) {
     font::instances (s)= (pointer) fn.rep;
@@ -309,15 +307,15 @@ find_font (string family, string variant, string series, string shape,
   tree t3 (TUPLE, 4);
   t3[0]= family;
   t3[1]= variant;
-  t3[2]= as_string (sz);
-  t3[3]= as_string (dpi);
+  t3[2]= sz_str;
+  t3[3]= dpi_str;
   fn   = find_font (t3);
   if (!is_nil (fn)) {
     font::instances (s)= (pointer) fn.rep;
     return fn;
   }
 
-  tree panic (TUPLE, "tex", "cmr", as_string (sz), as_string (dpi));
+  tree panic (TUPLE, "tex", "cmr", sz_str, dpi_str);
   fn                 = find_font (panic);
   font::instances (s)= (pointer) fn.rep;
   return fn;

src/Graphics/Fonts/font_translate.cpp

@@ -290,11 +290,12 @@ find_closest (string& family, string& variant, string& series, string& shape,
 font
 closest_font (string family, string variant, string series, string shape,
               double sz, int dpi, int attempt) {
-  // 浮点尺寸字符串处理：整数如"10"，0.5倍数如"10.5"
   string sz_str;
-  if (sz == round (sz)) sz_str= as_string ((int) sz); // 整数
-  else sz_str= as_string (sz);                        // 0.5倍数，保留一位小数
-  string extra= sz_str * "-" * as_string (dpi) * "-" * as_string (attempt);
+  if (sz == round (sz)) sz_str= as_string ((int) sz);
+  else sz_str= as_string (sz);
+  string dpi_str    = as_string (dpi);
+  string attempt_str= as_string (attempt);
+  string extra      = sz_str * "-" * dpi_str * "-" * attempt_str;
   string s= family * "-" * variant * "-" * series * "-" * shape * "-" * extra;
   if (font::instances->contains (s)) return font (s);
   string orig_family= family;