C语言高效编程的四大绝招

C语言高效编程的四大绝招

  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。本文就是针对编程工作中的一些体会和经验做相关的阐述。

  第一招:以空间换时间

  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。比如说字符串的赋值:

  方法A:通常的办法

#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 ;
  使用的时候可以直接用指针来操作。

  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。

  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。该招数的变招–使用宏函数而不是函数。举例如下:

  方法C:

#define bwMCDR2_ADDRESS 4
#define bsMCDR2_ADDRESS 17
int BIT_MASK(int __bf)
{
 return ((1U << (bw ## __bf)) – 1)<< (bs ## __bf);
}
void SET_BITS(int __dst,
int __bf, int __val)
{
 __dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) |

 (((__val) << (bs ## __bf))
& (BIT_MASK(__bf))))
}

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 << (bw ## __bf)) – 1)
<< (bs ## __bf))
#define SET_BITS(__dst, __bf, __val)

((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf)))
|
(((__val) << (bs ## __bf))
& (BIT_MASK(__bf))))

SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS,
RegisterNumber);

  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。

  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。

第二招:数学方法解决问题

  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。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。举例如下,求 1~100的和。

  方法E:

int I , j;
for (I = 1 ;I<=100; I ++

{
 j += I;
}
  方法F
int I;
I = (100 * (1+100)) / 2
  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。

  第三招:使用位操作

  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。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:

  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 << 4);
  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。

  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。

  第四招:汇编嵌入

  高效C语言编程的必杀技,第四招——嵌入汇编。"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。举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。

char string1[1024],string2[1024];
  方法I
int I;
for (I =0 ;I<1024;I++)
 *(string2 + I) = *(string1 + I)
  方法J
#ifdef _PC_
int I;
for (I =0 ;I<1024;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。

  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。

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