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引言: n2 T" M# o X( f% p( s
编写高效简洁的C语言代码,是许多软件工程师追求的目标。本文就工作中的一些体会和经验做相关的阐述,不对的地方请各位指教。, z$ @# k$ d; ~9 h
. v/ n5 b8 H& W% D9 l9 q
第1招:以空间换时间. s9 ^! }2 @# @- o) F
@( U; | [! _0 }# L1 _7 p% ]. [ 计算机程序中最大的矛盾是空间和时间的矛盾,那么,从这个角度出发逆向思维来考虑程序的效率问题,我们就有了解决问题的第1招——以空间换时间。' |4 i6 G7 I% H" s: _: g
例如:字符串的赋值。6 Y2 q r S' B$ d2 b7 n1 o) R
方法A,通常的办法:
9 }) r9 s, A/ U2 d$ F" D#define LEN 32
. T7 m8 H1 M% m2 \/ ochar string1 [LEN];* e5 F. k) \1 s& z
memset (string1,0,LEN);
* A- Z/ [/ v( B/ K2 q' `( z7 lstrcpy (string1,“This is a example!!”);9 ]- `6 y9 m& W& J2 X' ^) \. L2 [
方法B:. e, Z! l/ P: S$ }9 ?. \+ i5 Z/ F
const char string2[LEN] =“This is a example!”;
6 I7 H3 w: H8 M( x8 ]4 Hchar * cp;
6 u+ `) [& l; f; c6 w: Fcp = string2 ;% U3 Y1 F7 ]- ^2 w2 X
(使用的时候可以直接用指针来操作。)) E6 s: H2 A4 g- i. p* u
3 {4 l* U9 H) G* j2 w& t 从上面的例子可以看出,A和B的效率是不能比的。在同样的存储空间下,B直接使用指针就可以操作了,而A需要调用两个字符函数才能完成。B的缺点在于灵活性没有A好。在需要频繁更改一个字符串内容的时候,A具有更好的灵活性;如果采用方法B,则需要预存许多字符串,虽然占用了大量的内存,但是获得了程序执行的高效率。
- w$ H+ |- k1 D: W) Y$ c- e# n% @+ j3 z# W, |, A. t) A
如果系统的实时性要求很高,内存还有一些,那我推荐你使用该招数。
! o# R6 Q$ ]: M `4 G; C9 ~/ B. ~% P) I5 _% P" n5 L
该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:' h2 K3 [6 t u4 C7 O) F
方法C:% B; o* a! B8 S j% C. N/ H
#define bwMCDR2_ADDRESS 4' C8 N! q$ i, q @. M0 \
#define bsMCDR2_ADDRESS 17- O8 e$ \( C8 K' z% w/ |4 `; }; |7 ]
int BIT_MASK(int __bf)
, \2 |% } ?/ Z# e6 ~7 o$ V- g{
- z& {. B" E, ~" Zreturn ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);
& c: c4 s1 u/ s$ \}+ c# T: @% w6 ?. X7 c' ]8 ~
void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val), T( p- }& \4 M/ b/ ~
{# {" ]8 `! c3 K0 Q
__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
) D: U- B) t# W: H(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
4 k* O+ X! E! q6 R1 f0 `}
/ J' Z4 a$ v& D( T% t- W+ C1 [8 H* O5 q9 ]: N1 S$ A4 L% A
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);' z* Z; F; w; Q( n+ Y
方法D:5 C" ?- \. q# [# x, |1 f( a8 ]
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
3 m7 U' B0 D1 |5 ]& b. k. C#define bsMCDR2_ADDRESS 17
/ ?8 l1 C; G8 f# X, Q' k#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)9 i/ w8 u) m$ H6 f, ~4 {
#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))' w; E! ]: O1 @/ v/ S0 g0 u
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \$ e5 x+ q) P$ a# ~- `- z( j
((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
/ M' [& v$ i F1 e% @(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
0 d% W+ G* g* i% j( W/ w% S H% e4 `
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);7 `- O/ f! Z& O' D& t: X6 l2 p
E Y- \1 y' |5 {& G 函数和宏函数的区别就在于,宏函数占用了大量的空间,而函数占用了时间。大家要知道的是,函数调用是要使用系统的栈来保存数据的,如果编译器里有栈检查选项,一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查;同时,CPU也要在函数调用时保存和恢复当前的现场,进行压栈和弹栈操作,所以,函数调用需要一些CPU时间。而宏函数不存在这个问题。宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序,不会产生函数调用,所以仅仅是占用了空间,在频繁调用同一个宏函数的时候,该现象尤其突出。
s [" p8 G$ ?6 s+ Q1 [1 _: y) z( B
+ q- \$ {$ X2 F' J* b0 b8 Q D方法是我看到的最好的置位操作函数,是ARM公司源码的一部分,在短短的三行内实现了很多功能,几乎涵盖了所有的位操作功能。C方法是其变体,其中滋味还需大家仔细体会。# Y: V7 x7 i. Z, _
- C9 C* R. k+ G0 E: ]4 Q第2招:数学方法解决问题
2 m. ^. r. Y4 P _2 X$ _/ h- Y) j: D# {/ S
现在我们演绎高效C语言编写的第二招——采用数学方法来解决问题。
; ^( J; X7 \$ Y3 c- W
, |0 x9 F6 P$ l) l. U: k2 ~2 z 数学是计算机之母,没有数学的依据和基础,就没有计算机的发展,所以在编写程序的时候,采用一些数学方法会对程序的执行效率有数量级的提高。
/ U4 A0 j3 i1 c; C6 X4 V% E举例如下,求 1~100的和。
4 T, }1 l) E7 j方法E
3 M2 P, G# s/ b. r$ \% `- J# oint I , j;# @* S: N) A# T* F% @+ e( X) \
for (I = 1 ;I<=100; I ++){! R. r0 k0 E. ?: `( O) y
j += I;. b8 R2 e. r( e
}, T& F1 c- T! s6 D0 q3 ~! I
方法F ~" B0 A/ G8 ?9 }6 d# R
int I;( k; y; `. ?! b J& s/ ]' P
I = (100 * (1+100)) / 20 H, N: H% b* x$ N
2 B' z8 u! u6 F. w( }. {0 `+ I
这个例子是我印象最深的一个数学用例,是我的计算机启蒙老师考我的。当时我只有小学三年级,可惜我当时不知道用公式 N×(N+1)/ 2 来解决这个问题。方法E循环了100次才解决问题,也就是说最少用了100个赋值,100个判断,200个加法(I和j);而方法F仅仅用了1个加法,1 次乘法,1次除法。效果自然不言而喻。所以,现在我在编程序的时候,更多的是动脑筋找规律,最大限度地发挥数学的威力来提高程序运行的效率。5 U% z& k* ^3 ?- v; k6 [7 z% W
# z. W' b. J4 R2 u9 o6 q# h第3招:使用位操作
/ |- s/ ]' A. T& J# J1 P* \2 e/ V' q% t' D. l8 T) B0 ?- B9 _
实现高效的C语言编写的第三招——使用位操作,减少除法和取模的运算。
( b$ F; J: G( z+ ]/ x+ N) K! \
* s z/ [8 L0 c, y3 x 在计算机程序中,数据的位是可以操作的最小数据单位,理论上可以用“位运算”来完成所有的运算和操作。一般的位操作是用来控制硬件的,或者做数据变换使用,但是,灵活的位操作可以有效地提高程序运行的效率。举例如下:/ l7 z L2 _# ]* _
方法G
- G" N; A% W7 i; m3 ~. Rint I,J;
2 n2 i' S( ~8 S; _0 {+ nI = 257 /8;9 f! }: ^' F& s' w$ }5 U3 k
J = 456 % 32;
) r L! o, A: ~ m+ q+ u方法H& t" e( Y3 C1 E" s l# I$ y
int I,J;0 a8 w- _0 ~5 Z; g; \- D
I = 257 >>3;, T- _! @& u+ D ?9 K/ L0 K
J = 456 - (456 >> 4 << 4);
/ Y( ?8 R, i) E% F; o8 n! H/ t' o$ U: t! C) u8 y
在字面上好像H比G麻烦了好多,但是,仔细查看产生的汇编代码就会明白,方法G调用了基本的取模函数和除法函数,既有函数调用,还有很多汇编代码和寄存器参与运算;而方法H则仅仅是几句相关的汇编,代码更简洁,效率更高。当然,由于编译器的不同,可能效率的差距不大,但是,以我目前遇到的MS C ,ARM C 来看,效率的差距还是不小。相关汇编代码就不在这里列举了。
1 {6 v1 Z8 V: h, }& S运用这招需要注意的是,因为CPU的不同而产生的问题。比如说,在PC上用这招编写的程序,并在PC上调试通过,在移植到一个16位机平台上的时候,可能会产生代码隐患。所以只有在一定技术进阶的基础下才可以使用这招。# n# S9 y" D/ o$ C) ]. T
# @# @9 o7 m0 C" K" I: D4 K第4招:汇编嵌入
* H& a ^! N( ]$ m
+ `2 v! ^8 k5 k" M8 }( \0 i 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。
+ V# b0 Z$ _% o
. b3 H9 @+ M c5 {. w7 C; s" N. D “在熟悉汇编语言的人眼里,C语言编写的程序都是垃圾”。这种说法虽然偏激了一些,但是却有它的道理。汇编语言是效率最高的计算机语言,但是,不可能靠着它来写一个操作系统吧?所以,为了获得程序的高效率,我们只好采用变通的方法 ——嵌入汇编,混合编程。$ `* A2 w' I3 C3 y: l: Y% g% b2 O# s
9 X* W1 R) M3 ?3 Z8 z* f
举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。
% J5 C, ?/ M3 o4 [1 h3 T1 f9 Schar string1[1024],string2[1024];
! n+ g* s& W# P4 h方法I
+ H e0 z0 h7 G! U/ Vint I;3 K) R3 d' J7 q. C4 ]
for (I =0 ;I<1024;I++). D) a3 N) L4 _$ {) x2 d% b0 c
*(string2 + I) = *(string1 + I)
1 H* Z; A7 c& P* n方法J6 {0 K5 O# f' o6 \# ]% ]
#ifdef _PC_
9 @! q A8 {6 t' {: ^int I;
n" Z* M+ h7 sfor (I =0 ;I<1024;I++)
( P0 [0 y; A5 Z- y1 {/ u*(string2 + I) = *(string1 + I);# T4 L/ J" |6 M3 B: m+ g D
#else$ j0 N9 i$ G# A; d! Z1 F9 F
#ifdef _ARM_- y8 s6 Y5 c, u
__asm. F' S6 b$ X8 n, N
{$ T6 K8 u4 r+ R+ W) Q' A' G
MOV R0,string1: t6 m1 F1 G# ~5 _* I( T: r
MOV R1,string29 b7 n+ l# L0 ]3 S
MOV R2,#0
3 R# J. P( C, q" E. Wloop:
- `8 T- n& B) I) l- l- q- t. zLDMIA R0!, [R3-R11]5 t9 V Y( G6 @
STMIA R1!, [R3-R11]
# G/ }7 b+ a/ m( w* q$ \ADD R2,R2,#8
( ?$ M4 J: L% g+ iCMP R2, #400
" ^. q2 @% t& N' d. [1 e7 pBNE loop+ [, E0 k7 Q5 d5 i Q3 C& |. ^
}: I2 W& A9 i0 T l5 [
#endif
9 v0 S; I. [: T- `" V7 X1 T( F% J u" Q# C. W. o. X. n
方法I是最常见的方法,使用了1024次循环;方法J则根据平台不同做了区分,在ARM平台下,用嵌入汇编仅用128次循环就完成了同样的操作。这里有朋友会说,为什么不用标准的内存拷贝函数呢?这是因为在源数据里可能含有数据为0的字节,这样的话,标准库函数会提前结束而不会完成我们要求的操作。这个例程典型应用于LCD数据的拷贝过程。根据不同的CPU,熟练使用相应的嵌入汇编,可以大大提高程序执行的效率。
& p* Q, X! |( R7 @0 E' Z
. ?/ s$ N& U( n8 ?- H 虽然是必杀技,但是如果轻易使用会付出惨重的代价。这是因为,使用了嵌入汇编,便限制了程序的可移植性,使程序在不同平台移植的过程中,卧虎藏龙,险象环生!同时该招数也与现代软件工程的思想相违背,只有在迫不得已的情况下才可以采用。切记,切记。 |
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