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引言:5 Z; ]% N5 g9 `
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。! {) w+ y0 u# J( n/ ~ t6 }
: s: d* x0 J( q0 f; d, Q( V第1招:以空间换时间; R5 n! w/ ], a& [& h; E3 n+ V2 @' ~
. z$ m: n1 E0 W+ u4 v: ^
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。
) @: g( B& d8 |* b6 w3 k9 p例如:字符串的赋值。
; g# ]; a8 ^( D方法A,通常的办法:, o ]% D$ `5 {- d' S
#define LEN 32. V; \. T& f0 ]8 k: X; x7 u# l. o
char string1 [LEN];1 x9 y2 {" s; B& U* P3 s% V
memset (string1,0,LEN);
+ `7 E+ H( K g; c1 @- Z; N S* Tstrcpy (string1,“This is a example!!”);- t- b( @& d5 e5 W; N
方法B:
* W( O( ~; O' m- H$ oconst char string2[LEN] =“This is a example!”;" D- U8 p+ H8 N7 H9 k
char * cp;% j. k9 _4 T% m9 D- B0 a, [6 p Y
cp = string2 ;
# [8 t9 H+ S. C, B. p(使用的时候可以直接用指针来操作。)% x- T8 s( K; Y/ U& f
0 N% v/ w5 |9 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。
6 u, N8 ], o" W! z3 l$ t7 a/ P; d8 d" p3 p
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。9 d$ P5 a! S7 m R' }
# ^4 H% l, u- B& `! k- x# g3 |: G 该招数的变招——使用宏函数而不是函数。举例如下:
4 `# p$ n' j$ O4 i3 e5 V; X( p* Y方法C:# X( \* B2 g6 F( t4 Z
#define bwMCDR2_ADDRESS 4
+ F9 [, G q4 n/ J8 ]; J! m#define bsMCDR2_ADDRESS 17
2 t: v5 ]4 F/ Q& t! ] J. c) n2 fint BIT_MASK(int __bf)$ { J6 g6 b3 A- @- m2 j6 G0 r0 S
{8 j* X6 h. B8 n) F C/ ?$ z5 G$ r( v. g
return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf);
, d' l+ N( ^0 W9 }: M}9 s1 j1 M/ i7 w2 u7 X6 `2 y
void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val). n7 O) \% V2 e- \5 g6 \
{. q, p5 s5 F( A* c
__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
% Q7 H+ y6 D1 ^, ?$ P( i(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))
+ J& h, J% r, i}
2 ?& g5 e. n2 r3 A
( ]5 |# u: A1 t! {- E6 j7 XSET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
2 K: {! S: ~- l8 [! B方法D:! c7 A0 P/ p. J& }( } t* r
#define bwMCDR2_ADDRESS 48 y0 Q8 _9 H6 K' E' t: p' C$ G
#define bsMCDR2_ADDRESS 173 h! k# g' D% E: _
#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)+ G# [7 _3 A$ b/ l7 o
#define BIT_MASK(__bf) (((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf)). F2 n# o4 o5 y& A" Q8 t5 o) v. N
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \! ?, H' H3 t$ s a m5 l" k; R
((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | \
3 Y4 t. F, }7 K0 g(((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf))))7 ]4 f4 i7 {* {5 v* e' E4 q# [6 J
$ p8 x" [) M! }SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
9 N3 O1 z. x+ _/ H, c8 A* |) e, a! f4 B5 n2 p
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。
7 B, A4 X( t" G' G& ^3 X$ _9 A4 E9 E0 w, }+ X8 R
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。
7 `5 r+ T( v- [) R$ j0 H8 n, a h7 s% @
第2招:数学方法解决问题5 ~, ]$ l: \& @/ Q
; t) }9 x+ x- l' h' c
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。7 r# {0 V; O0 V$ w
4 k0 B5 {. {: b0 U3 j( ?. v# y
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。
. }) h I6 b0 V1 u举例如下,求 1~100的和。, A5 W3 F5 ]% l6 N3 W/ J2 k
方法E
& J/ ]/ q9 i1 y+ ?- a8 C3 \int I , j;
5 g1 |8 u4 ]2 ]& y* R9 X0 Dfor (I = 1 ;I<=100; I ++){# i2 A2 `( [7 }$ Q
j += I;1 ], F. |- [ W$ b* E
}' d* n j$ n4 P# _; B
方法F y( c! w. H; `
int I;
: I) n1 J% C! C* J0 X3 e7 pI = (100 * (1+100)) / 2
1 t. X; A1 @' C( l) C- c, c3 d
7 n/ k6 P: {& G2 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。- d; G$ L/ }9 ]
* g( }7 W; K0 ?8 d( ], Q3 |
第3招:使用位操作
3 G( C R% a4 L% @2 Z7 m; v J( X9 G+ O& q( R" \, h
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。
J O. D$ e2 A9 } z7 k) t2 ?# X" y/ S0 T& l: A# Z: ]
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:
, D' a% Y- K3 W2 F& v* M9 U0 J J方法G
2 s# R& p. G& E: W6 s# j9 ]int I,J;
" }* U# x/ d: q$ \I = 257 /8;' E: [1 X2 [; u w* U/ h
J = 456 % 32;
8 k5 E2 E& z& v' H方法H
# h+ [* \) _- V9 m* eint I,J;/ }- w) p/ K! w- A3 ~# n; ?
I = 257 >>3;
! ]" k6 @) Y( q) A5 yJ = 456 - (456 >> 4 << 4);! g$ N% O3 B2 ^. U
4 v0 J) Z! R3 Z$ 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。
, i J, N% T- b+ R: |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。5 F' V1 b. C, ]
/ r. d2 L2 e* x$ y$ j# z第4招:汇编嵌入
6 g& D: j. L; T( G/ U* L/ a
5 Q. P2 R: P2 C6 B' G4 G5 } 高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。6 R& f! C! z9 R3 R$ J) p6 M0 L; L
* B: x4 [1 I K+ z1 n/ @6 g
“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。2 k; R8 J4 R/ t- ~
: L8 M( M4 G6 G% |. [( T 举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。4 _: `5 z: b! B B/ b4 s
char string1[1024],string2[1024];
' o- J+ B; k5 [9 G/ z方法I9 i7 N1 z, T( F
int I;; J7 |# r! | j& @
for (I =0 ;I<1024;I++)
: x% A+ f4 t! W' L) f. O$ n*(string2 + I) = *(string1 + I)
9 i; g7 F* w* u, x3 P! k方法J
9 ^/ U) C* K6 U, a#ifdef _PC_
0 H, N! U) f0 r3 @- d4 J! o% ~int I;
& ^8 P. w9 T5 z' E4 qfor (I =0 ;I<1024;I++): \/ T4 D! u7 }/ `2 O/ g
*(string2 + I) = *(string1 + I);' D3 O- ~$ m, b+ i
#else. x" e4 F# u: H; L5 V& o2 O( S
#ifdef _ARM_/ E" U! G" s2 ] x# M
__asm2 Z7 D0 h# Z+ I9 V
{
* p: ]' f" w F/ |& }MOV R0,string1
4 @7 U! Z) ^; ~: P# ^MOV R1,string2
/ C' v' q/ D3 M8 S& ^! n! d# @MOV R2,#0
% E' T0 C1 [, ^3 j% D8 h' I) Nloop:
) r m: ~& X$ g+ HLDMIA R0!, [R3-R11]
* Q) ]4 h6 {: n8 zSTMIA R1!, [R3-R11]
: p7 V% y& s2 r% ?, o9 h" iADD R2,R2,#8
: h$ v$ ~6 n; A8 a, H8 MCMP R2, #400( f: n8 ?! u1 `- T3 y
BNE loop/ u/ g/ g" o# \7 l( N/ c/ z3 \- ~
}- x. @; L6 ]9 n" O! Z$ O% Y
#endif+ g. M1 L+ @$ z5 l1 \ Z4 B2 x
/ }6 G1 N7 n" d! a# U% R
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" V' f+ o3 @( U) V5 a
. U: s/ S# H5 d 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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