找回密码
 注册
搜索
查看: 5100|回复: 0

C语言高效编程的几招

[复制链接]
发表于 2006-11-14 15:25:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
引言:/ `3 M& \8 Y. \2 P3 w" t9 ?, _
  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。3 p& S- q! h( R7 b# v
/ p" ^" |0 }' C! y+ @
第1招:以空间换时间! I/ D3 {. K9 Z
/ ^7 C$ _( 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。
: @7 A  \5 {4 N9 b1 q例如:字符串的赋值。8 z0 \' H" y5 j! l8 s' N& D8 z5 U
方法A,通常的办法:
! z; E. @: K; c/ [' a#define LEN 32
0 o+ B4 x- _, ~char string1 [LEN];
: c2 N! Q! E" z0 T* Z) r" b; Cmemset (string1,0,LEN);& F$ p' F% j. n# o; k- F
strcpy (string1,“This is a example!!”);
- m5 T. X+ F. U3 L2 P3 y方法B:
2 o5 I2 {) _5 `4 O$ x! _; ?const char string2[LEN] =“This is a example!”;* D  L; Q# r* v+ b' L
char * cp;* k/ W8 _4 h; B# k' _+ L& Q
cp = string2 ;
% U* U. l" M  L- P(使用的时候可以直接用指针来操作。)
/ ]% }5 ?+ M! c& O' U- G" q+ b
1 z' E9 k( e& E" P* \2 Q: u2 L0 q  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。
' k( u5 Z9 @# Q% `0 z6 a  e  H  Q& y) w, C3 h8 O* v  ], |
  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。
" G8 B4 U4 T- S" D+ w- U7 x0 b) D; P+ Z- t& b* m! H
  该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:+ h# g) z) M/ I$ n
方法C:! ~: E# e: Q% Z
#define bwMCDR2_ADDRESS 4- ~  N' T- f% e# G5 E" B; ]2 c
#define bsMCDR2_ADDRESS 173 T! q! s2 t5 F; V+ t) a) l( s
int BIT_MASK(int __bf)* @% j; I% C2 d. Y
{4 \9 S- h8 K( E- q; s& @$ b
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);: X( ?+ s7 ^0 \* K$ W& h% h
}! i8 ], n- f6 J5 f/ j7 h1 ^
void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)9 R+ u+ O1 ~1 z2 i
{
' ]" L7 d4 P2 a' [__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \4 D1 F/ b( b) k+ @- v5 R
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))- {" ~9 P) }/ {5 [  F. \
}
0 ?; i5 C3 ^% {- O  H9 H4 Y* h' b$ F* y% j
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);' o2 ^2 ^* c' E5 \
方法D:  h5 E3 H1 z/ L' k0 J7 ^
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
+ ?5 X% F/ V6 e$ G  j* {- V- k#define bsMCDR2_ADDRESS 170 Z- V5 W& w4 |* }8 p
#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)6 r; H* O$ g: d+ h
#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))5 E( T3 n* x8 F6 S# j
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \
: H, ~- T1 |6 z9 Y. z5 Y, h8 Y/ ]((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \. `  J, a; e7 N- B  z7 S: V
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
1 K. \* k6 R1 t9 k# `# k' X2 U# }, A2 f) H) A- P# m
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
/ A* w) T! W( V: O- z
, l& }6 N5 R8 w. G. m' Z; N) 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。1 o# {2 V- P* Q, o2 _+ j
+ ^5 N" E9 t& X' h( Z& ^( X+ m6 p
  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。
& J( O1 a: I1 {5 N7 o" ]3 N2 }; `  h3 \! `) v& m, V
第2招:数学方法解决问题$ B# I/ K! G0 x
" M; d3 c! b/ }) 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。" a( w) K$ z! O% B- P3 @9 }6 [! N
1 U( n2 G6 @2 l2 d& |1 ?$ _# R- L
  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。. z# @! s1 V7 ]( R: z7 z. O) B
举例如下,求 1~100的和。8 L2 c) b0 a4 S0 `8 G4 _: `
方法E
; M4 h4 t1 d' F  @3 Lint I , j;5 Q5 z) L- S1 r8 m+ o9 M
for (I = 1 ;I<=100; I ++){
. v& r  _& |* I2 J$ K7 {& Xj += I;- p9 |9 O* f( D0 U
}4 q8 r2 w- ^! n7 V# f9 W/ ^0 v# i4 o
方法F
' A# \! w/ z/ yint I;
8 V6 X. m) ?+ V+ h3 X' ]) `5 zI = (100 * (1+100)) / 2' H2 L, c' N5 J' r0 E1 e% x

; r+ i; q  k9 ]9 q6 I& J- [5 e6 p  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。+ i2 m- f4 I, _# K$ r

, }1 K( t1 ^( s- n* g第3招:使用位操作' b' h. T% o. I1 s3 B. ^

9 Q" U6 Q1 W$ @9 m" T# G* Z5 r  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。. z4 Y, r9 [0 O/ A, z

: n; z" i3 V. X) n7 v& i  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:- N$ m4 x1 A% B
方法G
; v6 q$ l& z+ h/ @2 rint I,J;5 {& u& t4 w, v1 Q' E
I = 257 /8;8 h  {! w+ x; q5 c+ ^: i3 _
J = 456 % 32;/ m6 k% t1 t( G- h/ n7 f0 H
方法H7 x9 m5 ~8 o* N# w# T2 l2 \3 d# L
int I,J;
6 ?' r9 d9 U; h" wI = 257 >>3;. }. j( t4 K6 o7 C8 s  t4 D
J = 456 - (456 >> 4 << 4);
2 m2 [! l/ _4 q% u2 C" }4 h% S
9 L6 ~- S: g# 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。% w/ t' v# K: b6 j' V8 v" I
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。
- I4 K% K, n* n* o$ e0 p* U. J
* G; u4 H' R" E2 Y/ H. |6 V; j第4招:汇编嵌入
. A$ K' c  i9 T8 c. w) [  a
4 i$ P, A+ K, x1 p  高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。, f" S$ }4 R- R

3 S# X8 F3 \0 I6 S( V  “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。
0 x8 H/ O2 e; a, i5 Y
* j- S7 x/ a$ D; O1 Y  举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。
" `) ?) K7 Y' i# \, Y1 F& t! d' pchar string1[1024],string2[1024];
  t4 D- ~& `) d. y方法I
  q7 ], U0 S5 q' K6 V0 ?9 Jint I;0 q1 P) H: u5 V# n5 T
for (I =0 ;I<1024;I++): j: b, |4 D+ R9 W
*(string2 + I) = *(string1 + I)
7 |* G& u7 i5 o6 E1 q方法J
3 E( G+ t" u7 F* Q+ a#ifdef _PC_# t" e: f/ ]$ Y! Q2 b/ A
int I;0 n& Y5 k/ D. w3 B; d! ]
for (I =0 ;I<1024;I++)
) k9 g* B0 h/ c*(string2 + I) = *(string1 + I);
, \) Z* |# N' a+ E2 F, d. ^#else7 z1 l* ?7 K, Y; b; u
#ifdef _ARM_: q5 W" }, z2 G+ y% @! q' w3 L' ]' p
__asm& |* H0 ^: \4 I
{
9 Y6 b6 F3 w7 k* O  B* tMOV R0,string1% b8 \9 S" o2 e0 b% N2 m- G4 p; M+ s
MOV R1,string2
8 J8 I/ r. [6 a; KMOV R2,#0
! i1 ^: ^6 X: t6 |1 oloop:
& s, M8 q9 e& R! t& M" M" X+ G; lLDMIA R0!, [R3-R11]0 L* T) \) z; B" L& m, H. w
STMIA R1!, [R3-R11]
$ R$ z- w# [! H5 A) LADD R2,R2,#8+ G/ y2 e( m0 i  r% m
CMP R2, #400
' Y, c" @; o  ?# k; g/ U/ }: U# EBNE loop7 X0 R: v+ ]/ ?. p- o
}
1 T0 O) {2 c: _' `& @! [: T#endif% d$ u# i& T. z7 K) o! M7 A% J
( |) Y3 {9 c5 }, n6 ^: `
  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。
# d2 S" c5 A- ]  ~/ P: S# K' f% U
& F' Z0 Y- e0 D5 j  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。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Archiver|手机版|小黑屋|宁德市腾云网络科技有限公司 ( 闽ICP备2022007940号-5|闽公网安备 35092202000206号 )

GMT+8, 2025-9-30 13:03 , Processed in 0.035745 second(s), 15 queries .

Powered by Discuz! X3.5

© 2001-2025 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表