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C語言高效編程的的四招技巧

2008-06-01 02:05:16  編輯來源:互聯網  简体版  手機版  評論  字體: ||
 
 
  引言:

  編寫高效簡潔的C語言代碼,是許多軟件工程師追求的目標。本文就工作中的一些體會和經驗做相關的闡述,不對的地方請各位指教。

  第一招:以空間換時間

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  計算機程序中最大的矛盾是空間和時間的矛盾,那麽,從這個角度出發逆向思維來考慮程序的效率問題,我們就有了解決問題的第1招--以空間換時間。

  例如:字符串的賦值。

  方法A:通常的辦法:

  #define LEN 32

  char string1 [LEN];

  memset (string1,0,LEN);

  strcpy (string1,"This is a example!!");

  方法B:

  const char string2[LEN] ="This is a example!";

  char * cp;

  cp = string2 ;

  使用的時候可以直接用指針來操作。

  從上面的例子可以看出,A和B的效率是不能比的。在同樣的存儲空間下,B直接使用指針就可以操作了,而A需要調用兩個字符函數才能完成。B的缺點在于靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字符串內容的時候,A具有更好的靈活性;假如采用方法B,則需要預存許多字符串,雖然占用了大量的內存,但是獲得了程序執行的高效率。

  

C語言高效編程的的四招技巧
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  假如系統的實時性要求很高,內存還有一些,那我推薦你使用該招數。該招數的變招--使用宏函數而不是函數。舉例如下:

  方法C:

  #define bwMCDR2_ADDRESS 4

  #define bsMCDR2_ADDRESS 17

  int BIT_MASK(int __bf)

  {

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  return ((1U

  }

  void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val)

  {

  __dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) \

  (((__val)

  }

  SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);

  方法D:

  #define bwMCDR2_ADDRESS 4

  #define bsMCDR2_ADDRESS 17

  #define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)

  #define BIT_MASK(__bf) (((1U

  #define SET_BITS(__dst, __bf, __val) \

  ((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) \

  (((__val)

  SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);

  函數和宏函數的區別就在于,宏函數占用了大量的空間,而函數占用了時間。大家要知道的是,函數調用是要使用系統的棧來保存數據的,假如編譯器裏有棧檢查選項,一般在函數的頭會嵌入一些彙編語句對當前棧進行檢查;同時,CPU也要在函數調用時保存和恢複當前的現場,進行壓棧和彈棧操作,所以,函數調用需要一些CPU時間。而宏函數不存在這個問題。宏函數僅僅作爲預先寫好的代碼嵌入到當前程序,不會産生函數調用,所以僅僅是占用了空間,在頻繁調用同一個宏函數的時候,該現象尤其突出。

  

  

  D方法是我看到的最好的置位操作函數,是ARM公司源碼的一部分,在短短的三行內實現了很多功能,幾乎涵蓋了所有的位操作功能。C方法是其變體,其中滋味還需大家仔細體會。

  

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  第二招:數學方法解決問題

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  現在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數學方法來解決問題。數學是計算機之母,沒有數學的依據和基礎,就沒有計算機的發展,所以在編寫程序的時候,采用一些數學方法會對程序的執行效率有數量級的提高。舉例如下,求 1~100的和。

  方法E

  int I , j;

  for (I = 1 ;I

  {

  j += I;

  }

  方法F

  int I;

  I = (100 * (1+100)) / 2

  這個例子是我印象最深的一個數學用例,是我的計算機啓蒙老師考我的。當時我只有小學三年級,可惜我當時不知道用公式 N×(N+1)/ 2 來解決這個問題。方法E循環了100次才解決問題,也就是說最少用了100個賦值,100個判定,200個加法(I和j);而方法F僅僅用了1個加法,1次乘法,1次除法。效果自然不言而喻。所以,現在我在編程序的時候,更多的是動腦筋找規律,最大限度地發揮數學的威力來提高程序運行的效率。

  第三招:使用位操作

  實現高效的C語言編寫的第三招——使用位操作。減少除法和取模的運算。在計算機程序中,數據的位是可以操作的最小數據單位,理論上可以用"位運算"來完成所有的運算和操作。一般的位操作是用來控制硬件的,或者做數據變換使用,但是,靈活的位操作可以有效地提高程序運行的效率。舉例如下:

  方法G

  int I,J;

  I = 257 /8;

  J = 456 % 32;

  方法H

  int I,J;

  I = 257 3;

  J = 456 - (456 4

  

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  在字面上似乎H比G麻煩了好多,但是,仔細查看産生的彙編代碼就會明白,方法G調用了基本的取模函數和除法函數,既有函數調用,還有很多彙編代碼和寄存器參與運算;而方法H則僅僅是幾句相關的彙編,代碼更簡潔,效率更高。

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  當然,由于編譯器的不同,可能效率的差距不大,但是,以我目前碰到的MS C ,ARM C 來看,效率的差距還是不小。相關彙編代碼就不在這裏列舉了。

  運用這招需要注重的是,因爲CPU的不同而産生的問題。比如說,在PC上用這招編寫的程序,並在PC上調試通過,在移植到一個16位機平台上的時候,可能會産生代碼隱患。所以只有在一定技術進階的基礎下才可以使用這招。

  第四招:彙編嵌入

  高效C語言編程的必殺技,第四招——嵌入彙編。"在熟悉彙編語言的人眼裏,C語言編寫的程序都是垃圾"。這種說法雖然偏激了一些,但是卻有它的道理。彙編語言是效率最高的計算機語言,但是,不可能靠著它來寫一個操作系統吧?所以,爲了獲得程序的高效率,我們只好采用變通的方法 --嵌入彙編,混合編程。舉例如下,將數組一賦值給數組二,要求每一字節都相符。

  char string1[1024],string2[1024];

  方法I

  int I;

  for (I =0 ;I

  *(string2 + I) = *(string1 + I)

  方法J

  #ifdef _PC_

  

  

  int I;

  for (I =0 ;I

  *(string2 + I) = *(string1 + I);

  #else

  #ifdef _ARM_

  __asm

  {

  MOV R0,string1

  MOV R1,string2

  MOV R2,#0

  loop:

  LDMIA R0!, [R3-R11]

  STMIA R1!, [R3-R11]

  ADD R2,R2,#8

  CMP R2, #400

  BNE loop

  }

  #endif

  方法I是最常見的方法,使用了1024次循環;方法J則根據平台不同做了區分,在ARM平台下,用嵌入彙編僅用128次循環就完成了同樣的操作。這裏有朋友會說,爲什麽不用標准的內存拷貝函數呢?這是因爲在源數據裏可能含有數據爲0的字節,這樣的話,標准庫函數會提前結束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應用于LCD數據的拷貝過程。根據不同的CPU,熟練使用相應的嵌入彙編,可以大大提高程序執行的效率。

  雖然是必殺技,但是假如輕易使用會付出慘重的代價。這是因爲,使用了嵌入彙編,便限制了程序的可移植性,使程序在不同平台移植的過程中,臥虎藏龍,險象環生!同時該招數也與現代軟件工程的思想相違反,只有在迫不得已的情況下才可以采用。切記,切記。

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