Pienso igual que muchos, que es posible optimizar el código, de todas formas, si realmente quiere escribir tus funciones y operaciones en C++, si es posible, yo veo dos alternativa, tal vez hay más.
1.-
Escribir tus funciones y operacione como una extensión en C para PHP
La idea es escribir tus funciones en C, compilar tu módulo y pedir a tu hosting si pueden habilitar el módulo para ti (un poco dificil), creo que esta guia te puede ayudar
Extension Writing Part I: Introduction to PHP and Zend)
2.-) Escribir tus funciones y operaciones como un programa en C o C++, que utilice sockets de escucha.
Debes crear una aplicación en C o C++, que levante un socket de escucha, y a través de el lea datos de entrada, opere con ellos y finalmente devuelve la salida.
Compilas la app estáticamente sobre una arquitectura similar al servidor, subes el app a tu servidor, le das permisos de ejecución y luego corres tu app en background desde tu script php ( ex: system("/home/deerme/bin/myapp &") ), ahora myapp corre en background, por lo tanto continua la ejecución de tu script php, ahora te puedes conectar vía socket al socket que de escucha de myapp y "traspasar los datos", finalmente lee la salida de myapp.
Eso si, requiere tiempo de implementación :P
Saludos