|
|
引言:$ H" }2 e* S7 ]# Y( j
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。
( F, w$ Z# P; U$ ]3 O7 N
; R2 Z8 U' T" o( V+ A# V第1招:以空间换时间
3 t; M( r/ ^+ c) j
5 n" y) U! F2 w8 ]$ ^2 Y 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。
$ `+ I" q2 k/ o例如:字符串的赋值。
7 ?9 t. t" C' W- g! A* y方法A,通常的办法:
$ Y3 B* y2 Z2 \$ M' x#define LEN 32. Q& s5 \6 y/ q3 ?
char string1 [LEN];$ Q- y. }1 e" \9 T" q* g
memset (string1,0,LEN);
% |* G/ g4 T4 M- C* B. bstrcpy (string1,“This is a example!!”);
" T; r3 P) z; n$ [方法B:5 Y! n- g" _; X. @
const char string2[LEN] =“This is a example!”;) J9 o) N! X$ l$ g* S5 L/ ^2 C
char * cp;
, S& \2 D5 q- lcp = string2 ;
4 o1 N }8 f* }+ @* W(使用的时候可以直接用指针来操作。)* k$ }$ P7 F' q" f' k
2 v, t# Z; l8 ?3 j% L 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 N# r3 z9 F5 l% w; N4 I* n( U# ]7 B) U4 z6 l& s. S! N/ {4 L
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。
, D+ r) K* v0 Y `' M! B4 W. W
9 j% r% N) \& P) k. I8 r2 B2 `! Z- C 该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:
) C8 ~/ S. A3 Z D) q3 W$ b方法C:
3 d- v& t$ l& h! L" d#define bwMCDR2_ADDRESS 47 q3 `7 q; K6 P- A& l' k7 \' ~ ^
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
( L, f+ f# p" n' {8 nint BIT_MASK(int __bf)
& g' N; w. j7 [' Y9 h{% \. D2 S' z7 @! l' A3 C# `
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);& B% E/ P/ t+ Q9 f$ f, \4 z
} x1 X4 H5 M9 M& i: q
void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)
/ Y5 q* p* Z; A2 ^ N4 X# Q+ t3 C{
+ G0 Z; o& [% ~0 A$ v4 X3 @% {__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
. {4 D/ M9 U+ `2 _(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
! y' e4 e# H# w* y}
* \6 @/ K) i( _
! \, i; b) W6 d1 O- @0 t# tSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);' u/ ~9 \* @4 j
方法D:
: ?4 [' a1 x# l/ n% |9 \2 W#define bwMCDR2_ADDRESS 45 }& u* B9 b8 m. F8 h
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
E5 x' L% G; A/ V#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
" n0 K/ v$ G9 J$ [7 D& E! [/ G#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))
/ w: @' \9 N! w: s2 u* H6 U! ]$ @#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \
3 R0 i6 w6 X8 L$ _((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \( ^. S6 Z3 L* ~' Q1 t
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
) N; ^6 h. Z, N7 n H( F. a, O* T" e' I/ K0 D
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);) m0 t0 w: }4 i1 r5 f9 d+ Y: e
4 X# D8 {& S1 ^/ n/ c, A: T. r 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。) j! \1 R/ ?& j+ V k# o- k
' s" n3 |/ I0 ^: ~
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。3 ]% K; f1 V- q' x& C8 o, U
6 h/ @1 a* ~" f+ [第2招:数学方法解决问题: B8 O$ I0 a9 _) s" @5 D) y7 e) B
( \/ m! h, w6 j$ _3 t& I9 |0 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。
9 N+ ` V. b5 ]1 Y9 L2 i" l. z3 l4 S& k
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。
. A4 q$ a) h, f% z举例如下,求 1~100的和。
; ?# d0 S+ B8 e: w2 i: X8 V方法E
" R! G3 I1 J: y5 {. s1 ~int I , j;
) G) Q \$ `* X8 U$ X* mfor (I = 1 ;I<=100; I ++){( f2 K/ Y! n. F) j! T6 L
j += I;/ g, w9 E6 J+ h: D: I% b
}
# j! v' E+ d. H3 _& q4 i0 s方法F
% B- ]- {% g% U* g2 P# ^6 jint I;+ O( k3 O' t* d& y
I = (100 * (1+100)) / 29 K. c% w% V0 e! `1 _- e
" R( D% P2 n& O# P: W# P: M* { z
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。
1 V( c2 Y! ]" [; T, k
+ p2 f. s* J6 N4 Z9 b4 @# g" a第3招:使用位操作2 U) @) n8 x- R2 ? T
7 t+ N0 O$ ]' y; ]9 ` 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。
: y7 e ~+ [9 t( D4 p/ x, ^
/ P3 n2 P1 W* { 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:
+ g9 Q6 D/ A1 a3 h方法G1 w! k% K+ M5 A& R* t, {& C
int I,J;
; \4 i" d* D+ n+ c, {8 Q+ rI = 257 /8;
7 F2 b) o2 y8 k: `J = 456 % 32;/ o2 U0 F) ~( O1 X
方法H
' l+ E6 G- g4 |* A- y3 Hint I,J; Q: O& k! ?& D2 {
I = 257 >>3;$ f" c- U- G' ?8 P |- P
J = 456 - (456 >> 4 << 4);+ x' r$ ~8 j+ a8 h6 N
' o# D1 l+ M4 n x) _" t 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。
+ R3 r/ g/ I' F+ {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。+ E y" R" ]# o$ G
& V1 l2 \- ]( l8 X5 W; i* x) l3 B
第4招:汇编嵌入1 c$ c/ w m. q9 g K: W( n& u4 ~
3 W! M% {$ a- R3 [* n
高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。
5 c$ q; q% a8 o( X& y7 r! B: O3 S3 I8 N) g+ d
“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。1 P' E4 ]' x: F4 U x/ d% n: B! o
q3 V% J1 {) ]
举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。
- O2 K9 a7 }. z T0 R8 x( q D! x: F9 pchar string1[1024],string2[1024];
/ a5 ]) I9 F0 r$ Z e l% _& o9 O方法I/ _$ F5 s7 H$ E2 ?
int I;" {6 r( {9 ]6 X$ r' p% m4 W
for (I =0 ;I<1024;I++)8 P8 j `+ X8 k1 `
*(string2 + I) = *(string1 + I)) [4 \/ A6 d' ]7 j
方法J. R; c" e5 C( Y6 T4 a( ~+ y1 o
#ifdef _PC_' Z, e A- ]0 \2 p f! h
int I;
+ E) l D4 @+ ?' a3 d" O" P- V) Ifor (I =0 ;I<1024;I++)+ b6 ]5 m! X0 v
*(string2 + I) = *(string1 + I);
8 }7 u/ V4 W6 ~. ~- r: X" z) n8 g) z#else
0 n* g9 b7 Z8 }9 M8 N( z% `! P#ifdef _ARM_5 w' I: f2 u9 `, U
__asm
; G7 L/ M2 G4 h{; y! t5 J W( f; O/ r
MOV R0,string1
4 l0 ~7 \9 }9 @3 zMOV R1,string2* M0 `! a& A8 _) ?
MOV R2,#0
- L- w! Q4 Z/ d/ Cloop:8 }( n+ [7 }9 l; E1 [) W/ c
LDMIA R0!, [R3-R11]( A' S0 x1 C2 u% ~* t% o( ?$ [8 ]
STMIA R1!, [R3-R11]
8 t7 F+ G0 J7 `, Q' I) |ADD R2,R2,#8
9 E& }7 n- L0 ?" K/ D6 dCMP R2, #400; s2 z" x& V2 N) n+ ?
BNE loop
- f& x. y( w, t* q}
2 z# G( F5 E* B/ a+ k1 v#endif/ i8 `. w: ]) Z ]! ~
4 n2 p5 {/ f! \4 B 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。
, O, s$ ~; _5 o$ [; q, z' }1 _1 d. q. `! p4 ]' D& {6 {
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。 |
|