|
|
引言:
& F* z0 `& ^% B) _, { 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。
0 l2 \; i$ p: u& ^5 o5 ]# _
* N( f& q' E$ l, j. T8 V# I2 a第1招:以空间换时间/ M; N! M8 X' W; @1 M+ I
: Q( ^3 b% d1 J5 |
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。8 U1 ?: J1 n6 x) C
例如:字符串的赋值。
+ G0 n1 R% B D* M, {3 c) @方法A,通常的办法:
' O4 C v% Y7 M#define LEN 32! b. U+ K" @4 s( ?5 s1 U
char string1 [LEN];; q0 d! f5 w8 R0 P( Y# p; S1 G
memset (string1,0,LEN);
# W4 c& ? R9 g2 tstrcpy (string1,“This is a example!!”);
' R% J; l: c F6 O# k, `/ {方法B:1 Z1 Y5 Q, ]( o& x9 p) n, ^) @( V" d
const char string2[LEN] =“This is a example!”;# m- \% M, T* g a$ F/ ]1 m s
char * cp;) R& e, X7 s* n0 ^+ H( [: Y! i: |
cp = string2 ;+ _! _) I- j% n
(使用的时候可以直接用指针来操作。)
1 F9 I* ?1 b, T& L
; U; l% M0 U6 R) d 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。
B% D% m- O1 Z8 h* G# w( r- F4 E
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。
0 @8 T i) e o4 C7 K- E7 p
+ T e; @; e# n2 Y. @ 该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:- b; [$ r8 f5 v6 \4 ]& m' r1 r! y! a
方法C:5 ^# w6 h1 @( e& s$ X
#define bwMCDR2_ADDRESS 4. `& `7 M8 B o; c* ]8 j/ c8 S9 I
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
3 u" o) Y- @& B3 a4 K4 {6 l, X6 tint BIT_MASK(int __bf)
& `7 f' ]' x) \9 t& a{
* q' m4 D; [( k& ~: k5 Breturn ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);; E/ m- h) Q0 l- Q! K6 S
}) X- K* m) b1 }; V( N3 F
void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)
/ R/ N# _8 ], R0 E; A% z/ D7 |{
# W+ u9 b5 Q9 [__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
9 g; k( v4 n# T(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))4 D$ X. A/ H. m- x* Q2 K
}0 ^+ Q1 I8 E) a" F9 q
6 Z4 _4 m9 F, g3 j' ~8 z. k
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);8 z1 R7 }0 R# x
方法D: z$ A( d7 A& H8 n9 C ^
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
u; P2 G6 Y* v% r- R& ]# S0 G#define bsMCDR2_ADDRESS 17% k% K, _+ o( l" ^ M( V7 [2 Q0 C
#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
! P' Y; e+ ~3 k, H8 G1 Y1 i1 I, I: ]4 N#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))
# C3 x, N" F& }; x#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \; @# @" S) d. Y I) h# t0 Y- }( e
((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \ `, T7 p2 e7 e
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
* {* t3 G( D$ n( B# t6 S5 P% x0 y4 D2 K5 q3 P
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);+ X8 a3 Z8 f5 C2 t7 U0 N3 S0 w
l0 E7 k0 L- b; C
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。" V" z9 d! c4 U, ~+ [
/ H* W) _$ x! X9 `% z 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。
$ C- Q: m: ]' o7 I, x4 ?9 r) o4 C {5 X" C& y
第2招:数学方法解决问题
; {5 i" I/ v% }- W" |4 Y% T
4 _0 X: j5 N t1 G N. t- ]% d 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。
5 K: T, ]1 V/ D) C4 b) `
6 q/ l9 f7 t: J/ s 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。: m' T% n# I+ }, R- B+ S% p
举例如下,求 1~100的和。" o: g. ]+ l9 P+ ]1 O& a
方法E
# u4 _1 M7 _* I7 ^int I , j;
7 b: v" j+ ~! B- r4 z& U: c- V1 Mfor (I = 1 ;I<=100; I ++){
3 M! ^! J( C: i$ j% B$ |j += I;
5 y9 \) p) ~2 w/ `: F}, _+ H- p2 J3 m5 y) R# @8 {7 ]
方法F
* a& x @$ d5 T- Y& Gint I;
3 p- `. B+ ^$ u! q2 _# `. TI = (100 * (1+100)) / 23 C U+ E g' z: `1 u
8 H3 n6 w: ~+ s 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。
, I9 R9 @, S9 \% f( ~
; d! |* X5 q& R; j7 p3 A2 A5 d7 y7 b$ l, i第3招:使用位操作2 c# d4 w/ l' s0 f2 E% M
4 G* }* O, Y3 S% ]' [' l
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。4 r6 @; c7 \& Y* @/ m
: L* J, B# L# e; [0 b 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:' N6 a) v' D3 g) v4 Z; }* }
方法G/ B3 Y; C; R# x" m Q
int I,J;
& L* B* n9 L$ b: ?+ t' w; QI = 257 /8;5 F# z4 x! a* H4 R, ~+ J: J
J = 456 % 32;
- j$ E6 k! [+ n- @5 V) j方法H. p4 {5 u0 Z) Z* g1 \
int I,J;9 D- _3 a+ R/ C' `
I = 257 >>3;
+ h) n: a) Y+ gJ = 456 - (456 >> 4 << 4);7 Q+ v; c. R; A" U2 C" D$ G6 S
# X9 T( Y$ G i" E8 H+ J 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。7 H; S+ u5 l9 P( B$ t
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。
% G* o* `' R& b. X* S
4 {% W: p1 ~$ k8 R% B7 q第4招:汇编嵌入! S& l+ J! }, V T: v
' Z/ e8 ~; h$ ]& E: U. V' X 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。
3 C" Q7 b& Q$ T5 @0 U5 n3 g
. z1 P) R! ^7 f* p) q' u “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。3 r# E$ K( L( x2 l3 C) g7 R
, r( Y% x! S. u
举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。% h; s6 A4 d" h+ O, t- E% L# f
char string1[1024],string2[1024];
* x. Y9 _$ X: g: [5 }1 f* F* d5 N. z% d n方法I
v, L1 Q A. ^! B+ _$ ]8 {) {int I;8 G8 x. E' C- G
for (I =0 ;I<1024;I++)
% q2 o" m" N# O1 v! B*(string2 + I) = *(string1 + I)# Q* G! e9 [3 u) ?$ P
方法J9 n" m2 Q4 {: A% f f; O4 K
#ifdef _PC_
: V% ?7 p$ B2 n* d. H l$ _# Z$ Eint I;( { o; N, D% A: j6 I* u6 ~1 S
for (I =0 ;I<1024;I++)
) ?3 M1 M6 U" n' @*(string2 + I) = *(string1 + I);( Q- }0 J( {/ t( Z& E
#else
& i( m) e4 ~7 i' n' F* t' L! R# W p#ifdef _ARM_3 i; {6 h% P4 ]! ^
__asm
6 a% v Y& |6 A! S' w2 W8 @{
" E7 _3 d3 L: C8 n3 }2 vMOV R0,string17 D A* w) b0 d1 I
MOV R1,string2
' I2 }8 }- ~: RMOV R2,#0' h+ | H- w4 E r
loop:
, x! ?, C& b1 Y! t# RLDMIA R0!, [R3-R11]4 L4 ]. ?& B9 {$ X
STMIA R1!, [R3-R11]
+ r7 R' s* z" d, o6 oADD R2,R2,#8
3 H' I& r; c0 S6 rCMP R2, #400& W$ u9 |. ]2 a
BNE loop) o, ?2 }# M9 s! J. B; O0 l' l, c. O
}$ q) g4 v1 q8 D9 b
#endif( X" p0 Y- D* Z: ]
9 @' ~7 i6 Q" w& I- 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。
% ^3 H" f5 m r1 z# ~9 K' [. I" B6 c8 @1 `7 s
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。 |
|