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小明砸乱弹琴

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【引用】高效简洁C语言编程4大绝招  

2011-03-24 12:37:26|  分类: 编程语言 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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1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2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3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4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。切记,切记。

  使用C语言进行高效率编程,我的体会仅此而已。在此以本文抛砖引玉,还请各位高手共同切磋。希望各位能给出更好的方法,大家一起提高我们的编程技巧。

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