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      C語言高效編程的幾招

      更新時間: 2006-03-02 15:59:42來源: 粵嵌教育瀏覽量:2275

        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1招:以空間換時間

        計算機程序中的矛盾是空間和時間的矛盾,那么,從這個角度出發(fā)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 an example!!"
      方法B:

      const char string2[LEN]="This is an 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(shù)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;如果采用方法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(zhí)行的高效率。

        如果系統(tǒng)的實時性要求很高,內存還有一些,那我推薦你使用該招數(shù)。

        該招數(shù)的邊招--使用宏函數(shù)而不是函數(shù)。舉例如下:

      方法C:

      #define bwMCDR2_ADDRESS 4

      #define bsMCDR2_ADDRESS 17

      int BIT_MASK (int_bf)

      {

      return ((IU<<(bw##_bf))-1)<<(bs##_bf);

      }

      void SET_BITS(int_dst,int_bf,int_val)

      {

      _dst=((_dst) & ~ (BIT_MASK(_bf)))I\ (((_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)))I (((_val)<<
      (bs##_bf))&(BIT_MASK(_bf))))

      SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);


        函數(shù)和宏函數(shù)的區(qū)別就在于,宏函數(shù)占用了大量的空間,而函數(shù)占用了時間。大家要知道的是,函數(shù)調用是要使用系統(tǒng)的棧來保存數(shù)據(jù)的,如果編譯器里有棧檢查選項,一般在函數(shù)的頭會嵌入一些匯編語句對當前棧進行檢查;同時,CPU也要在函數(shù)調用時保存和恢復當前的現(xiàn)場,進行壓棧和彈棧操作,所以,函數(shù)調用需要一些CPU時間。而宏函數(shù)不存在這個問題。宏函數(shù)僅僅作為預先寫好的代碼嵌入到當前程序,不會產生函數(shù)調用,所以僅僅是占用了空間,在頻繁調用同一個宏函數(shù)的時候,該現(xiàn)象尤其突出。

        D方法是我看到的的置位操作函數(shù),是ARM公司源碼的一部分,在短短的三行內實現(xiàn)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。

        第2招:數(shù)學方法解決問題

        現(xiàn)在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數(shù)學方法來解決問題。

        數(shù)學是計算機之母,沒有數(shù)學的依據(jù)和基礎,就沒有計算機的發(fā)展,所以在編寫程序的時候,采用一些數(shù)學方法會對程序的執(zhí)行效率有數(shù)量級的提高。

      舉例如下,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

        這個例子是我印象深的一個數(shù)學用例,是我的餓計算機啟蒙老師考我的。當時我只有小學三年級,可惜我當時不知道用公式Nx(N+1)/2來解決這個問題。方法E循環(huán)了100次才解決問題,也就是說少用了100個賦值、100個判斷、200個加法(I和j);而方法F僅僅用了1個加法、1個乘法、1次除法。效果自然不言而喻。所以,現(xiàn)在我在編程序的時候,更多的是動腦筋找規(guī)律,限度地發(fā)揮數(shù)學的威力來提高程序運行的效率。

        第3招:使用位操作

        實現(xiàn)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(shù)據(jù)的位是可以操作的小數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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。舉例臺如下:

      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);

        在字面上好象H比G麻煩了好多,但是,仔細查看產生的匯編代碼就會明白,方法 G調用了基本的取模函數(shù)和除法函數(shù),既有函數(shù)調用,還有很多匯編代碼和寄存器參與運算;而方法H則僅僅是幾句相關的匯編,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,以我目前遇到的MS C,ARM C來看,效率的差距還是不小。相關匯編代碼就不在這里列舉了。

        運用這招需要注意的是,因為CPU的不同而產生的問題。比如說,在PC上用這招編寫的程序,并在PC上調試通過,在移植到一個16位機平臺上的時候,可能會產生代碼隱患。所以只有在一定技術進階的基礎下才可以使用這招。

        第4招:匯編嵌入

        高效C語言編程的必殺技,第四招--嵌入匯編。

        “在熟悉匯編語言的人眼里,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。匯編語言是效率的計算機語言,但是,不可能靠著它來寫一個操作系統(tǒng)吧?所以,為了獲得程序的高效率,我們只好采用變通的方法--嵌入匯編、混合編程。

      舉例如下,將數(shù)組一賦值給數(shù)組二,要求每一個字節(jié)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

      #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是常見的方法,使用了1024次循環(huán);方法J則根據(jù)平臺不同做了區(qū)分,在ARM平臺下,用嵌入匯編僅用128次循環(huán)就完成了同樣的操作。這里有朋友會說,為什么不用標準的內存拷貝函數(shù)呢?這是因為在源數(shù)據(jù)里可能含有數(shù)據(jù)為0的字節(jié),這樣的話,標準庫函數(shù)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(shù)據(jù)的拷貝過程。根據(jù)不同的CPU,熟練使用相應的嵌入匯編,可以大大提高程序執(zhí)行的效率。

        雖然是必殺技,但是如果輕易使用會付出慘重的代價。這是因為,使用了嵌入匯編,便限制了程序的可移植性,使程序在不同平臺移植的過程中,臥虎藏龍、險象環(huán)生!同時該招數(shù)也與現(xiàn)代軟件工程的思想相違背,只有在迫不得已的情況下才可以采用。切記。

        使用C語言進行高效率編程,我的體會僅此而已。在此已本文拋磚引玉,還請各位高手共同切磋。希望各位能給出更好的方法,大家一起提高我們的編程技巧。

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