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引言:
; d2 T& _$ F7 v; y4 | 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 B T" m6 y/ P j# c
+ i# X$ w0 M' y9 l# R( j1 D; _+ t. C) H第1招:以空间换时间
) \( f- d$ y9 s( s! n2 ]) w; x
3 Q% N' z1 l) f# L; J) q 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。) @; j6 [: G( A2 |4 B! h
例如:字符串的赋值。! i4 W! ~( u$ ?5 Q! m0 d- G7 a
方法A,通常的办法: o5 @; R, \$ {8 U! z+ M! e' z
#define LEN 32# b& e8 h5 K" f* }3 T
char string1 [LEN];
0 f* i) f9 h& J6 v% b# H: Umemset (string1,0,LEN);1 \* w4 \: n- |8 Z% `$ @& c# E3 x& S& S
strcpy (string1,“This is a example!!”);2 @- ^# i& w8 P3 q9 e: K( J
方法B:: M& Z) h& K" p9 K! b+ v9 s' m
const char string2[LEN] =“This is a example!”;0 P5 j6 n" S" q2 T8 [
char * cp;
. d4 p+ T: \' D# A( n( rcp = string2 ;$ a* E* Y! X1 @4 N
(使用的时候可以直接用指针来操作。)% e1 d n! U, K# [1 ^" m
9 ^' O0 L8 }% A: F" N3 Y6 s4 ~
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。
/ ]/ _0 x- o( E0 H$ H& v5 y) c5 w. b) ~& @* l- r* u
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。
' a0 v4 v; F( ]/ I
( R& x& ~8 I' ~7 |8 R, _9 j! ~" S7 [ 该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:) e( O2 ]" ?) }* Q! J& ?$ J) F
方法C:
# z" C3 w2 @3 t#define bwMCDR2_ADDRESS 4
4 e+ w! x3 T7 ?* v7 o#define bsMCDR2_ADDRESS 17# g$ Y. U' d. h( A
int BIT_MASK(int __bf)' }" [9 O n5 H! U. ], i2 X, d4 ~
{+ W9 I" J. l1 |$ x: j& h5 _" a; X
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);
$ Z& u. m2 ~+ z9 c7 l}
: `: U8 Q, }: }; j- Uvoid SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)& |) P) n' n3 ]( N( F p& D
{
( }; }% C$ g" x: p' O* S3 i V: e4 g__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
4 a \- k* u) t, c(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
) P& C, U& c/ C% G3 b7 X}
! Q* k! b {' D/ V2 P3 v/ A z0 {6 M: r1 |' @6 B
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);$ a; t' t& b) w% a( j3 M
方法D:3 D% Q, {0 c5 Z/ a
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
4 O1 R z7 N, j3 G: b#define bsMCDR2_ADDRESS 17
0 Q$ G; _4 x, J# a/ Z#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)# J: b7 {' L& O8 n7 O5 |
#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))
2 B* O- X+ U; Y) _. q+ o#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \
: p' P- i; S5 P, {4 O! J((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \* W& j) R& C4 L* a( L
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf)))). @8 m o( M( g/ @ P+ t. r- O
* V! s3 d& U) c# U6 y# X0 M6 g
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);7 E* ~* J8 { R7 |5 [4 C' u
$ U/ j# ^7 p( n _; U; m
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。3 U* R+ K4 k) Q- j. x& n
; N; u& Y5 \* p- Q+ J 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。
6 Y1 V7 r2 ~- L4 w3 f9 l/ o: t, p
% x7 X& T( d$ Q* d8 V2 {第2招:数学方法解决问题 P, y+ S/ d; Y0 G
- T; g5 m* R8 X$ ?: O 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。. Z8 S( [, Y' g+ p, v) ]% h/ G
% }6 g+ ]8 ?3 M2 t2 D- O 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。# P# ] b- |( \& r+ K/ c" z
举例如下,求 1~100的和。
% y7 G5 `+ q' p方法E* c/ [( @+ D, x4 R. |% F
int I , j;
3 U, u) \8 w4 T: @( Y: z0 \0 ]for (I = 1 ;I<=100; I ++){
, G) {0 l3 G; X& H' p: Ej += I;" @* U- L. S1 l f1 j8 a
}
0 D; V& }& X: u0 e: C, Y# q方法F9 t0 m& ?5 E% ^& X B
int I;& m3 k8 P% P: |& e4 `9 X# r1 ?" Q+ m
I = (100 * (1+100)) / 2
% k' ^! `/ \) K
9 o. L$ V, @( K2 E2 g 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。
U( S$ z5 O% F C, d$ F# B1 W3 ?' E& i, L6 e8 u
第3招:使用位操作
1 @- ~. f' R- Q: o- g3 @6 I
4 ~1 }* S3 Q8 [' T* { 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。
. |( t- m1 ~6 E3 G9 P
/ \+ U/ P1 t3 Z9 C& b9 p 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:
}/ h# B7 a- q$ v, i0 O方法G& G( D1 _1 X* q
int I,J;
$ l+ a" o9 k$ h/ Y$ r: f9 YI = 257 /8;/ M& m* `8 C, b; R1 [3 v- U3 P
J = 456 % 32;6 _4 U0 h4 U+ `
方法H5 X( ^" H9 n! J# W) U
int I,J;4 ^0 O, c, b4 x% j6 g' l1 ]
I = 257 >>3;8 D5 A; o1 j2 f7 O+ @* W
J = 456 - (456 >> 4 << 4);
3 V2 s+ C0 ]3 q' C' a4 N/ A6 G: L. x
. B7 W) O1 l+ P3 w 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。. J3 n+ |" [6 W5 p
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 @( l, z; t- @# G: n# T5 B* q7 s |; _, n3 \! |$ h6 X
第4招:汇编嵌入! w0 ~2 \; d8 S, R
! @! J3 I( C7 I 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。! G. ?5 N. T# X' r- J. B2 [8 J# o
" z. |2 Y& n; l “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。" L% E" E1 F n' m; [+ ?8 r
- _9 E% l8 @$ D" R! I4 T- S
举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。
$ s! K$ W0 A! ^7 [9 _# Wchar string1[1024],string2[1024];
7 X H5 z3 s2 Y2 j' n方法I
. a v/ Y9 W5 H% u J7 l1 R {9 S1 tint I;
) f' ^- f' y. }0 ~3 C! Efor (I =0 ;I<1024;I++)
9 m: g, y0 E& V, ?*(string2 + I) = *(string1 + I)
* h: t. G7 ^; ]' l: f方法J* z9 f1 x- T, E- k& _% K5 w
#ifdef _PC_
7 {1 t5 |! U: l; Dint I;# R( v: S, ~3 \; `0 N5 e! a
for (I =0 ;I<1024;I++)8 x0 Z8 y" I4 r4 Q) D6 R
*(string2 + I) = *(string1 + I);
" T# k/ L! |( Q7 w#else. o1 O, b9 H$ A$ r A
#ifdef _ARM_
% ?6 d! W( V+ L4 T: ~__asm% f! Q S4 H W, X% _7 A
{
0 g5 }3 {5 z' o% tMOV R0,string12 M ^% [% \1 Q! r! J! h T
MOV R1,string2. [/ T& [3 E! H2 m: q7 m+ `" I( p
MOV R2,#0
2 [) O0 z! L+ K, [loop:8 D( o( r& c* w: ~" u: j! K L
LDMIA R0!, [R3-R11]5 L" c. M& J; u
STMIA R1!, [R3-R11]- N- N* z0 I6 v, }. T
ADD R2,R2,#8
0 ^; r% \% H# H4 uCMP R2, #400
* v$ h" q4 G4 r/ Y& T1 mBNE loop9 }1 R3 u% e! R0 V$ `, O6 j' ]
}4 O3 e; w& {/ B/ `
#endif' r3 @+ U$ l4 x
+ J( A Q1 I" p$ i, K% F# d
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。
" y' C, Y0 q; M' H& |7 [2 w
. _5 p% e1 X" o$ @ 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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