techff

  • 524 主题
  • 557 帖子
  • 4150 积分
  • 身份:LV5 资深技术员
  • E币:1826

编写高效简洁的c语言代码,一些体会和经验

2020-3-26 09:50:07 显示全部楼层
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。

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。

例如: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*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。切记,切记。

本文转自网络。

最新评论

楼层直达:
我要评论
0
1
广告
关闭 热点推荐上一条 /3 下一条
快速回复 返回列表