|
|
引言:
6 g& w/ X: \$ y t 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。# ^# @9 d2 n9 q- k9 }& c6 o6 T
6 w& @2 G7 n2 F0 t第1招:以空间换时间1 ]* B" N" ~( U. L7 c
# X3 }7 M4 b5 W2 O
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。+ p" ] y- G' C% o, i6 v
例如:字符串的赋值。
: f0 w' I y7 \7 p7 M5 L/ X5 L" S方法A,通常的办法:
9 e. S2 G2 Q+ o; F3 r7 r#define LEN 32
' K+ M, c( ^8 F7 w" Dchar string1 [LEN];
: C& F4 p/ e% y& {' w9 B+ N( X. Imemset (string1,0,LEN);- p4 H* o/ y K) i
strcpy (string1,“This is a example!!”);2 J' n" {( o2 \. S
方法B:: k- I" }; |6 w( h% T6 S
const char string2[LEN] =“This is a example!”;6 }$ F0 p+ w- E7 S3 N8 V' Z# f
char * cp;: V/ l; K7 J' L9 O
cp = string2 ;
% L- E5 ]7 n- Y(使用的时候可以直接用指针来操作。)
2 W+ A. o5 ~4 a G+ |! ^4 Y3 Y# i8 U9 e( P
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。+ c; ~! l2 E) b5 q$ u8 [" D
' [7 G! B" C" J8 [8 e! Q- L' b4 Z
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。8 _1 G/ ^6 R# S4 e) [
+ d% E/ x2 W$ F& P$ l
该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:( I8 D% L9 r% G$ X" }/ c, V* R
方法C:
* y& _$ _0 C$ q#define bwMCDR2_ADDRESS 4 k7 E- n! ]& H0 H4 Z
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
8 _7 W9 L3 X3 I. `4 zint BIT_MASK(int __bf)
% D5 t4 c* O, b. K2 m# H/ X{$ w1 H/ i4 t& O; M4 f
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);
/ [ ~/ t, ?/ Y: b/ m}
; X2 n* R( U$ c0 lvoid SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)5 @- L* V6 Z. {8 [
{
/ Y# T2 M* C1 j/ w7 j/ ]__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \9 ~, ?5 f- h7 A% A# P: s7 r+ x
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf)))), s# ^# E1 n m9 L# |- r- l8 X" P
}
! l- _, d# E' u% O
' e2 L; y( L) Z7 F' j: s1 ]SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
6 Z$ d4 h4 \$ `9 j! ]方法D:2 v8 M6 A& u- Z
#define bwMCDR2_ADDRESS 43 M9 ]$ o: G' t/ B& r2 F; M* o# {4 ~
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
4 u7 q- |: p' g2 q#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
' v6 I1 Z1 _2 o) e! e- |7 n8 a6 P#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))
$ K$ A& R. ?, A. j" N" `) s2 [- b& q#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \) ]: Z* B: l+ Z% A7 m& _
((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
5 H1 D* s3 u' Z( f3 b1 y9 s, ^$ Y7 ](((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
( v3 c+ v5 G2 N# ]& D; h2 d" Q. U7 d3 k
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
3 ?: n H4 S$ U( e# P' d& ?. ]6 Z4 A- n, z9 f* p
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。
V3 V+ f) ]/ D
, H. m8 v8 B* I) i2 C 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。4 ]/ Z5 Z- U: p2 x$ J) I" z
6 {0 p! e. e6 j& ^7 k3 C* Y, h# b
第2招:数学方法解决问题0 u/ q8 y; H* f: Y" d8 v
2 X; @! [- l) b# v' v2 H! x 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。7 f9 l; N9 j ~" e7 y' [7 w
: Q) D0 ?+ ^* p2 H, M( r* V 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。
$ `: a# N$ N$ m3 P" E5 N, w0 U举例如下,求 1~100的和。
# @: W2 p- I, U% r3 z5 S4 M" l方法E
6 p, d5 w) j r! ?1 Yint I , j;
2 a( q* Q5 Y# A4 Q+ Ifor (I = 1 ;I<=100; I ++){+ }1 r2 b! k) _% e$ ^2 u
j += I;; [9 U8 d* _4 T+ y
}: c5 F# u& T. t2 m
方法F( I0 }; d: c) w0 D+ t9 p7 P2 h+ Z
int I;7 }8 [" Q6 D7 E3 }1 `3 ~& V/ e
I = (100 * (1+100)) / 2/ O% h7 x! @; q' U0 h0 R: ^$ t3 R0 i
4 m6 B% q3 o. ?* }6 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。
4 y0 @* h" j, L9 ^- A) J7 w y9 }9 l3 U; e9 E$ K+ a+ O* K
第3招:使用位操作! V$ u7 Q6 Q. G( x
. E7 Q; [$ H& S- D, k- P0 k' v
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。
) M6 [9 @% P4 W+ i G4 x- P( N! f, Q" T+ c% t1 S
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:
: }- m: P' v# \9 w0 ~* X* f8 o3 P, b方法G3 g6 ~2 j7 B" \: B) J3 c
int I,J;
3 l0 c+ |3 A$ x r# x! rI = 257 /8;6 H- }" R3 K! b% d* |
J = 456 % 32;# t7 ^5 j* q" `' E
方法H
# X5 \# ^0 Z$ @# T9 ]int I,J;5 o$ ]* L; h! p
I = 257 >>3;* `- ?; s# }& F7 X
J = 456 - (456 >> 4 << 4);
8 I$ j0 K5 l4 `* c- T, [. R
. X+ u: T% ~% o/ E$ @1 [ 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 h S! t% e7 T. c# M+ ~: C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。
7 A2 _9 o a! z4 W4 d6 `; `; |' R$ _, e l* i; d: k, @
第4招:汇编嵌入
/ J+ Y( n/ R1 V% W" E1 u
2 K2 i: ^% x# v* R8 M) i/ F 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。' ` r, s/ F, E6 \2 d, b
3 n* ?1 n! |8 H
“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。
% h: w/ t0 `% H/ U- n7 S$ ^' M- Y3 U+ F
举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。 u2 R2 U$ E! E6 k+ _5 o
char string1[1024],string2[1024];. d9 F, ^9 _9 j5 I4 Y3 J7 V' b* E U/ t
方法I; W& k$ X+ ?- L5 Y$ u
int I;
9 U, X# z; B) l) f: G# k% A( Pfor (I =0 ;I<1024;I++)
# Q4 g# _, Q9 ]. l6 f* B/ B*(string2 + I) = *(string1 + I)! K9 C/ C3 O2 h2 {5 l* S( a
方法J l, o1 g# V9 m5 }
#ifdef _PC_
! y3 E* {5 K! n+ Q& {. qint I;
3 c$ }/ H8 o3 J% l: I% bfor (I =0 ;I<1024;I++)! _/ E' z9 f) B+ f T
*(string2 + I) = *(string1 + I);
% t/ M a3 j4 R0 T#else
/ U0 {8 n8 y: j0 A4 `#ifdef _ARM_" H# W5 ]# E3 I+ U, z/ h# D" K3 G
__asm
- P, L C$ v: K. I8 ]+ ~{4 |3 M4 ~# c6 z7 r: U
MOV R0,string1
Q! F0 C. H7 r) v( RMOV R1,string2
. q3 x( H; z2 W2 X, D5 H1 P z$ K3 wMOV R2,#0
; I9 `. D( }6 ~; r& _3 {5 |loop:4 j* E# Z, ~: u- Y8 b6 \7 z
LDMIA R0!, [R3-R11]
* i. q E6 j6 t0 O- F) K3 RSTMIA R1!, [R3-R11]
& {$ b2 U" g7 s+ I# s6 I0 o/ S+ kADD R2,R2,#8
K9 }: m/ m/ L ^) yCMP R2, #400
7 t+ r( z& |* GBNE loop
% l+ C% {6 t Z' T6 w, D s3 |. M}
p) C: _9 v- n4 H#endif
0 h# k1 E' r% @2 \, Q
8 k, M d/ g% {) O# T- T 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。
4 J6 L7 `! b2 a7 ^' u( ]/ f4 M$ X! q n5 T
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。 |
|