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引言:3 z! j# g2 w( w1 q
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。
2 O/ M9 U8 ^9 `% |8 l
- `9 H8 s) m1 {; @第1招:以空间换时间
7 B: H/ d. ^' z; q* g" P6 m6 ^6 _, Q7 N% | A
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。# d8 J6 C8 ^' b+ ?0 P. L/ I
例如:字符串的赋值。4 \( A! o- r' b. X; r
方法A,通常的办法:* z/ W$ \# n0 T5 J* G+ C
#define LEN 32
0 c( ]+ W9 G: pchar string1 [LEN];7 a+ ]% } d; p/ b0 X! [ _
memset (string1,0,LEN);1 D9 S. I, B: a* u* }2 [9 _
strcpy (string1,“This is a example!!”);3 r* j3 y* t* \3 d. k
方法B:
% W/ q# f$ {4 `) A+ pconst char string2[LEN] =“This is a example!”;
8 L+ D! s: m2 U* p5 _ T/ Gchar * cp;4 S- S: b) j+ n- ?
cp = string2 ;
: X9 U; |: I; A$ o( K(使用的时候可以直接用指针来操作。) \8 A* D/ e9 f; y) A" K
; K7 s4 J, M8 h d2 y9 N2 ] 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。$ v' |1 G- p7 Q R, b$ r% j4 m
3 S6 S1 T0 c- ~* y
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。
5 _2 k1 e3 i! r4 K1 a7 Q0 m2 f' I O4 ~2 x/ w$ g
该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:) _! I- }3 |; R' M; K# V. L
方法C:
* n2 j* t, {. z4 Y& V0 G" H3 M, W#define bwMCDR2_ADDRESS 4
( H! b8 r5 _- K+ s#define bsMCDR2_ADDRESS 17
) s6 D5 s1 O# q2 t- F1 r7 P1 K( J Nint BIT_MASK(int __bf)7 g* I9 S! B! Y! Q
{
( |( t7 j0 z& v3 Kreturn ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);( z1 G. T4 ]6 n0 z: w( T2 R
}
2 z5 d' ^* Q' D! y3 f0 ~void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)9 l" G% [5 b, q/ V% r/ Q2 K
{
1 X6 L) g# }+ |% u2 q__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \2 h [2 B. w' m" y. I
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))3 m$ m- M# |% }
}
* ^2 Q2 {+ `9 ^$ U
0 V/ @* I. L' p4 U2 Z9 H. aSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
5 f. \# H" R. z6 F8 h/ [! F方法D:1 e$ r/ t6 h. N; O. }& X& u2 e
#define bwMCDR2_ADDRESS 4* P" O* ` o3 C/ P( ?7 i
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
/ U: D: [: J6 t6 J$ Q4 `5 S#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
+ a: w( @5 u3 F1 l. J( B, \#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))" I3 t6 ?' T0 [+ M
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \
' L( E1 i' \, [6 i* V) y. h: [" M6 y((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \* P% z) W2 Y! L% {: Z, g2 D
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))* @5 V! N5 A) h# ~6 O+ e( D6 `5 W
) v* j5 O9 w+ b& `5 d% bSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);0 @" s; z- R! Z
3 E2 [0 V3 |- f4 v 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。( L% v1 O2 i, ?- K* k8 `, `
/ ` b$ ~4 T3 B% F0 B4 e, i3 l# ^
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。* l+ P6 k ~: x+ m K
4 o) [2 m Y# j, T
第2招:数学方法解决问题
+ r: p; y9 Z$ c5 b# r5 Z7 @) J, K
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。3 r3 Z s M9 u
0 R9 a" D% H1 ^4 |: X% C: j, ~1 |5 d 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。0 u) m+ i* b9 ?3 n8 ?
举例如下,求 1~100的和。/ j) A$ T7 g- s
方法E
# d9 s5 F7 R/ Q8 F/ c' eint I , j;
' y" Y8 E" o! Y1 P' Xfor (I = 1 ;I<=100; I ++){
& Y4 J9 I, F( Z2 S3 pj += I;8 p, T5 n" h7 L1 P/ ^( M0 ^# U1 M
}
/ R" o2 R1 p# o( H `, t方法F3 {1 p; \* ?4 V( G. ~
int I;
5 W5 O* w) C8 G. h) y, o% z% I- s+ sI = (100 * (1+100)) / 2
6 G% B# ~1 M+ ?. A* @) J2 F9 ~
8 {3 T2 e: U2 @* P5 ]; Z8 j 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。
3 A) D5 Y, v! I9 ?% v
/ m3 g6 y3 L7 _$ d6 J第3招:使用位操作+ W2 w$ l8 r. u( }* K. ^
] k" r5 L2 o; h 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/ O5 i- N) n& Q6 b) v
# O/ i! X+ w& Y 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:" `2 N3 o3 u# C4 k& P; u# F
方法G
( ?( e) `" V- u* E, R! gint I,J;
) z4 i: ]# ~% J* j' X, U8 w& O2 w6 X9 ?I = 257 /8;
* H, B# }9 G+ U" k: q4 X. xJ = 456 % 32;
3 R' a! l" K" R方法H
/ U" R' }. u6 N% x0 l* I& K4 vint I,J;# ]- M" `6 o. d
I = 257 >>3;/ y5 W4 _9 ]/ Y5 ~4 T m, t* ?
J = 456 - (456 >> 4 << 4);' `3 Y5 R; R0 f
! q# a: G" ?! F6 x& R
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。( Y9 s$ ?1 g1 ~' s ]5 Z; C1 z
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。4 b! c1 p9 i$ T/ |+ H" n) R
6 q1 N7 p! V; `. l: o第4招:汇编嵌入
7 Q+ j8 a, q {( b" ]9 ~& o- T8 V; R0 Q% t; z9 H2 A$ Q+ t# Q1 ?& l; H
高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。
2 U# r( [6 [1 ~+ S2 C' m) k& k3 N
“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。
" `" X/ F* i0 H' B
% x# Q7 L7 [8 n: J( v' p2 o 举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。 h: A' O+ a5 K4 z
char string1[1024],string2[1024];( D G2 p% |7 Y8 j
方法I
4 C1 {0 `. t4 R+ \2 m* t) yint I;
% F) ]. x' L7 Kfor (I =0 ;I<1024;I++)
* d* R) r2 D: _2 i) q. `*(string2 + I) = *(string1 + I)$ A! [8 y$ `) g6 N8 e7 W7 Y
方法J
' O& W) D+ v* H5 I( n( R0 @7 I#ifdef _PC_9 G2 N6 J3 H. s0 k, ^
int I;. i) U0 W8 t" a( ` r
for (I =0 ;I<1024;I++)
% {) w9 g1 f; Q! U' C- K5 R*(string2 + I) = *(string1 + I);) ]' M, q; z( W4 W" l& Y
#else
! T+ ?- Q. M0 r! ]: @, x) g#ifdef _ARM_( v( v/ v; F& D# t3 f
__asm
+ f k; g3 ~/ U{' ^* N9 m. D7 x: S" z
MOV R0,string19 N' c& [( f4 T( @3 y8 s/ Q
MOV R1,string2
" }" N: m/ p. d4 [+ {MOV R2,#0
9 i0 D+ f9 @7 e: A6 rloop:
1 ^% ~- |7 P8 ]* H9 fLDMIA R0!, [R3-R11]
2 e7 ]9 o' R* h1 {$ q- O) TSTMIA R1!, [R3-R11]
2 {" Z4 x2 p4 X; i) uADD R2,R2,#8
# ^& L: x2 ]2 l3 sCMP R2, #400: v3 P2 E2 |% c: A' A
BNE loop
3 _4 ^" o7 x1 ]# y/ a& J7 Q% e4 [}9 s9 e( l* l8 ^ f, F0 B' R6 T4 O
#endif; N0 O1 s) }! B$ m6 j3 ~
) j8 G: Q2 m( N% S- K( q/ x f
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。
- T5 q2 a$ c& ]; {* K" T
9 a! \7 p) Z1 o9 Y) ~1 I5 C3 r 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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