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引言:; [- p6 J6 }4 `) F
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。
' h, j4 e: Q6 V6 f! P$ K2 Y0 Z2 S. B
第1招:以空间换时间
! D9 c8 L/ L$ u1 t
6 i( Q' [% q) Z- {) [$ F 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。
) E* o% P2 a/ N0 t$ s% I+ ]例如:字符串的赋值。
8 T# v8 k2 x& P! r* Y9 _$ V方法A,通常的办法:
! L6 r$ e6 l, j1 p& V#define LEN 32# J: }5 O! Q% m: [$ p, U
char string1 [LEN];
, T' `( L1 C( P& hmemset (string1,0,LEN);% q+ Y( b( S. O6 l6 g, E
strcpy (string1,“This is a example!!”);2 ~' U4 }3 R3 u: t% U: H! b
方法B:
+ h: L* {4 x+ Z. f) Iconst char string2[LEN] =“This is a example!”;
- K" j# B# S, u/ }char * cp;
' B0 P1 y+ u2 u3 Zcp = string2 ;7 y- k9 N9 @+ D* M0 j
(使用的时候可以直接用指针来操作。)( x3 q2 Z5 T5 j( `4 N/ [
. [9 d+ X5 w" \" ` r 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。
; Q; z3 a+ [4 `6 j4 R& ^4 y' h9 i# ?0 O) m* v+ a+ 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。
% d. N$ B, v5 m3 f. c# e: }. W3 @$ u
1 e1 }0 _; F- X& T \! d8 _5 E 该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:
& X! T( x2 ?" P6 g5 x. r方法C:# r1 ]* Z. x9 \/ Q
#define bwMCDR2_ADDRESS 4+ m0 t( u: m; y* `% c' b
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
5 g( i% U" P" ^' Q1 X" z5 Zint BIT_MASK(int __bf)
/ Y) f0 z g1 J9 Q Y{( x" h9 [4 t) Z" ~1 u
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);; q9 _; {: r( E L, p1 E# y6 b5 v1 @2 |
}
: h/ ]$ }$ o- F9 Q2 qvoid SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)
8 }) ~& r8 J, B8 ?* `{
8 e$ N7 q1 i8 Z0 o__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
" q. b4 i& S0 [1 ?( H! u(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
7 w5 E$ K% Q1 ]9 C3 R, K- t}2 o4 [7 G/ }% d: @% S4 H3 `
, f9 @4 G; P% m- L. l, _SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
6 h3 S5 h% e' U方法D:# g, P$ I) i1 a s
#define bwMCDR2_ADDRESS 49 v- g* i1 M9 W. ~7 H" [ @
#define bsMCDR2_ADDRESS 170 ~& x" W+ W* X! w- \
#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)$ }" \* @" W0 r! a0 V; P/ q
#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf))
) A) E7 Y! L+ o: o$ B#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \* e/ b9 O. L. ~5 L1 c% P+ G* x2 {% j
((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \5 L. }/ {* w/ i. d0 V# l/ a4 t
(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
$ q+ {6 N% R9 E* X" \8 A- F% ?! T* u* ]0 U! `& [
SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);# q7 J) S( B5 [6 M a5 N
! E3 G9 A0 `% ]
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。
8 @: v! _: F- m( H8 E7 j$ O2 |
) g! e6 N* H5 ? 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。
) q9 f3 l3 _) j2 B- o6 t: n, Q; j; d I! W
第2招:数学方法解决问题
& ~' F" _5 X4 w; X' p
, d# P, z' J5 `8 e 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。2 W$ y' J4 S( K9 X% V2 G
o" K+ X4 f5 R$ w" u D+ z 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。2 y0 }: }. b& [3 C e
举例如下,求 1~100的和。" I ]8 O O# A+ w
方法E
}% X; @, U; m5 k9 Wint I , j;! B5 c, I: ]/ o
for (I = 1 ;I<=100; I ++){6 L9 h0 D' |7 z4 i+ h4 M [. i
j += I;# Q P7 D+ d" e& {2 P/ j0 Y/ _
}$ w& a3 v& ~! d2 H0 g& |
方法F( u8 d/ _7 i l j) h
int I;4 R) ^) O) }5 P9 @0 X' B: {
I = (100 * (1+100)) / 2
* S. E9 \' K! W4 y" y9 Y. t. s+ O8 P" w
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。! ?* A- R r9 b. X/ k& T7 f
% g1 u" R, s/ \( z8 I
第3招:使用位操作
t/ u) p8 ?2 @8 m4 o l
( G! g' ^) d( G7 E7 J: i! \ 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。9 W7 T; F% n9 u5 q5 j; w) F# X
/ Y3 ]1 F" B( {) K 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:' a- |4 H; b3 W0 X% Y
方法G
/ {7 F* i' ?% |3 X$ _7 R! ?int I,J;
2 T Y& x$ o8 g) [3 tI = 257 /8;$ Y3 ?0 d1 J2 y7 |; V- z1 Q
J = 456 % 32;
. g# H2 ]& \. f6 d! E方法H4 M- m+ C$ o! b5 v: X
int I,J;# P. L" F) X" m0 I1 W. w) }6 a
I = 257 >>3;+ V2 `+ R3 T! D4 `8 ~; w
J = 456 - (456 >> 4 << 4);! d5 m& x _$ T. F7 v' E
& r" N5 a8 e+ D7 z 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。
2 T+ l' S0 ^9 v3 D. T: e$ ~( 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。
: Y0 z+ w1 ?* b/ v
' Z5 E, o5 | V$ ] Q, S第4招:汇编嵌入3 k/ ]+ R: l: @4 }' L/ O
: }7 V0 d9 y" O1 {% ?7 T2 E 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。6 Q J( Y1 O$ x, c7 u- w8 m
. ^3 @# z( Z: H) q) i! B- T
“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。5 D& M0 V1 s0 h# I0 x2 L6 R. X3 ]
! D3 Y3 L' r$ a4 t 举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。2 K/ r4 U3 m! w+ y0 V9 p
char string1[1024],string2[1024];
) n! \% F7 k) T% I1 l/ w, a方法I1 k0 D& u5 I( w' R( y/ E
int I;
0 f$ |% g# `1 N" Jfor (I =0 ;I<1024;I++)7 w# T. V# K0 Z3 H2 Z# w v
*(string2 + I) = *(string1 + I)
/ m/ l- ~. o! F0 r' {方法J
F7 h% V. u' I! X: ~$ U#ifdef _PC_
( y0 e$ Z4 g) C8 d- d( {int I;
4 G' g" K: E/ E5 Xfor (I =0 ;I<1024;I++)
- ]7 E! q# e7 ]*(string2 + I) = *(string1 + I);
; D6 {- P! A7 [& e1 I! e1 x2 e#else- X- ?% u: ?/ ` f$ z; j. p8 R
#ifdef _ARM_( S( L2 L0 @) Z6 t2 R# u
__asm6 _% I3 |7 V1 @+ g8 l# i# A( F
{
$ X: d% Y, p* P; ]% M0 tMOV R0,string1' R8 S, C" T z+ w# N
MOV R1,string25 R- n; U8 n+ J1 W: z
MOV R2,#0
+ Z. q3 M1 d1 B0 y0 n1 E, kloop:
) i5 A u8 g5 N2 L" Q8 SLDMIA R0!, [R3-R11]
* }) X2 k9 {/ b4 c" wSTMIA R1!, [R3-R11]
' n0 ^$ S2 N6 C$ f; u: C l8 rADD R2,R2,#8
1 X- j* P5 R- H0 Y9 [- XCMP R2, #4004 R0 z% j7 e: R4 ]
BNE loop- b* K" ]: T, D- T( V
}9 J+ n- O5 h3 b1 E/ \
#endif$ c2 h' s; D4 d Z- m4 ^8 l# R
* Y6 S( Z- i! F 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。8 E+ \ ]9 n: F) G
' f) T6 k- y% M1 v+ I: {# m* s 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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