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引言:, ~/ f" a% |- E
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。
# V% f7 _8 E5 h+ h0 S! T6 J: [: y- d! T* K4 |% \# X1 `+ R3 E
第1招:以空间换时间$ }( F/ \2 g4 u& s( h0 k, p
0 P& L- B/ A+ U6 ~* {8 K
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。6 G7 r5 H% A/ R- L5 B
例如:字符串的赋值。+ F% g: V( A+ I; Q) ?* ] ^2 t5 [; \$ ^
方法A,通常的办法:
2 m7 U5 Q9 J( C$ P+ p#define LEN 326 N" m% N! V6 j& U
char string1 [LEN];
6 [* C2 M2 s/ k( G9 m+ c9 imemset (string1,0,LEN);
. N+ X; \+ o- N" P: W$ M; Vstrcpy (string1,“This is a example!!”);* m1 U/ j; j+ |2 K1 a
方法B: w( K/ h; V( v
const char string2[LEN] =“This is a example!”;
9 K( \4 W/ A- y- O: o& |) pchar * cp;4 _3 T0 j( o& H1 }' x: F' K
cp = string2 ;. l6 N! Y! j3 K# |3 s
(使用的时候可以直接用指针来操作。)
4 \8 k, e; G3 Z3 t: e; V0 ]- `7 l, e$ }, T
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。
+ f8 r# L y1 H& X2 r' B! @/ f* \$ z" Z6 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。. L8 o+ e d" V4 l& F {1 U; Q! M
8 N) l6 F+ B7 Q% `2 g4 }
该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:5 d/ w( r1 G K) G4 F9 a% I2 J
方法C:
8 t/ l7 ~& T# P9 C#define bwMCDR2_ADDRESS 4+ t! S6 t- d* H' l7 Y8 J
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
! T4 z7 q0 V4 [, h# W) Y& o! Aint BIT_MASK(int __bf)( D0 d; ?/ _4 F
{
7 M: A( a9 I* B6 H9 f( F8 F( m; yreturn ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);
6 E2 [4 w4 G9 P" V4 \- z' o}
% p: ]4 w, Q$ s- R4 a' R% b% Ivoid SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)
0 M) q$ v# }& T1 J9 X{+ i: k- z4 O2 b: h
__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
" d0 `! }- I" H(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf)))), _- U. r# [' O
}
M" K+ w/ g( Z+ E
+ L+ ]8 l7 r" e- WSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);3 T# S4 W+ h: P- r$ u: t/ o
方法D:: h9 E* A: @* C' }$ s$ V; u
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
4 m' z u2 p5 Y) w. M) Z3 {2 l: n#define bsMCDR2_ADDRESS 17
5 U3 c' z* J) `1 L$ T+ g+ G) M#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
' j3 A$ ?, `# y5 c; p" D8 c#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))( U* H' Z/ ?3 E' ?; c
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \
) T8 ~3 B- A" ~7 b# M3 K. O' A((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
% K. A" h2 v; ^5 l) T$ p(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
, o. v/ p! g9 f5 }' b
3 @0 I( H9 d( @6 G5 ZSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
4 C+ E/ Y% _7 l! p: z0 i# T
3 @3 q* M/ f% v 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。
) Q( C* { @: P" P8 |
9 h X) E! E L. N. t2 T X' F 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。- Q5 [* j3 |; d* B% m
7 R. R" N" n* \* x: m第2招:数学方法解决问题
7 ^: i; q$ H7 W k0 p- H9 ?. X* d2 f( M& R% I* \: U# }
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 \4 h/ ]. d/ A1 Z! q4 M
( Z: c; R; i5 H3 P% J
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。0 W3 Y$ B6 l+ q
举例如下,求 1~100的和。
" C8 Y) ~$ T" m( ?$ D7 b) _6 V$ s7 r方法E& m+ N# }7 C; q U
int I , j;7 H) ~& y2 Y( z2 {1 W0 `6 C
for (I = 1 ;I<=100; I ++){
" S# R4 b l6 ?1 v7 ^! g( Sj += I;
1 O7 N5 D$ }" O' H& }$ [}
9 f1 ]( n, w1 B7 T4 M8 q方法F1 Q$ P' y( `/ ?0 w! n
int I;
( o/ p9 h: _1 _7 PI = (100 * (1+100)) / 2
7 O* ^ X/ z8 \1 D
8 z, Q. B$ g4 b* M0 E' N 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。# T8 z! m. |/ J1 i; y a
( }1 E9 f# q# Z @
第3招:使用位操作7 A p" M$ h# |9 m
$ k/ ^. L; O' z N' X( z
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。 r7 Y. `3 w1 T/ u" b
( K$ k: z5 d! V0 f 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:1 I! u' O& ?: G z0 Z
方法G
! O. G( }( F8 K' b# ^2 f6 iint I,J;
# N Y/ F2 T% C. L5 ]& |: o. yI = 257 /8;
. d) Z8 A5 ]9 ~ iJ = 456 % 32;9 Q$ f( U* [$ H! N( L4 ^6 |. Z
方法H* E7 j& d5 ~, L; k. e: P( P
int I,J;
" o: R+ _( F U0 W3 u$ p7 _I = 257 >>3;
) t; a+ x& F' j$ W' e" d, EJ = 456 - (456 >> 4 << 4);7 [( g9 }7 `% f+ ?
, N7 ]% } c! ]
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。' v& v: ^5 K7 Q; i4 \, A) 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。( s/ A$ K% F' {5 u' D) s
6 V; m1 R' S5 K8 U: h第4招:汇编嵌入; Y; u" Y1 W8 k( S
0 j2 n1 Y. R9 t1 {: c1 l 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。
; T+ E0 O5 } j, o" v. m |% b' {& \* h( k3 S' 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。
0 z z3 W7 \# s6 _
4 p: M, E: L( Q! n( [% J X0 m 举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。/ f5 |8 u# u0 I) z5 e
char string1[1024],string2[1024];7 `* [2 c7 f; Z, R4 k
方法I! h4 o; [' ]5 v4 i& I9 t
int I;* K, G( s% h/ y& g# U7 k- Y0 J
for (I =0 ;I<1024;I++)6 C( r! z, v0 [' Z, i' r
*(string2 + I) = *(string1 + I)# e4 Z0 v+ r5 @
方法J. q' S N$ s9 U2 g
#ifdef _PC_+ Q& u* U, p( s7 G' `
int I;
9 w% L0 Q5 Q' ifor (I =0 ;I<1024;I++)
/ M9 _; ]. E3 j' J1 D1 X5 q) R- B @1 r*(string2 + I) = *(string1 + I);
/ T! w5 D; U w' z#else6 w; `, a( F$ a) R1 a0 s0 E( L0 {0 k
#ifdef _ARM_
$ c" N3 F: E7 W$ v, o& t: u' ^) o__asm
C* _. Y% z1 N& a/ M{
% C0 f7 h$ n" E9 ?MOV R0,string11 \9 d N- \# J+ Y# [$ N0 c( u
MOV R1,string2
5 N6 u1 t# a5 [! s" @MOV R2,#0) v( P' i- H4 }7 K, A
loop:4 X2 r; P7 K# h9 S$ J! N
LDMIA R0!, [R3-R11]
( P1 P. b# L( u: U' O6 n6 dSTMIA R1!, [R3-R11]
~% n1 P- r( c4 |ADD R2,R2,#8
$ k+ I5 _0 z/ \, c: A+ ?! ], gCMP R2, #400- f0 I- m8 Y# }- |
BNE loop
" b4 ^' z6 P. x; F. ]3 W' [' [}+ X: o, X. y- X# f
#endif
/ ]: G- t1 ~, d3 }. |; m8 c h4 d1 S2 a
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。- u* k" O) T) l6 w7 U L' G) S( k- o
- P7 |: O- h" c% q9 {, N 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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