C高效編程.doc

C語(yǔ)言高效編程的幾招華中科技大學(xué) 丁學(xué) 編寫(xiě)高效簡(jiǎn)潔的C語(yǔ)言代碼，是許多軟件工程師追求的目標(biāo)。本文就工作中的一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)做相關(guān)的闡述，不對(duì)的地方請(qǐng)各位指教。第1招：以空間換時(shí)間計(jì)算機(jī)程序中最大的矛盾是空間和時(shí)間的矛盾，那么，從這個(gè)角度出發(fā)逆向思維來(lái)考慮程序的效率問(wèn)題，我們就有了解決問(wèn)題的第1招-以空間換時(shí)間。例如：字符串的賦值。方法A，通常的辦法：#define LEN 32char string1 LEN;memset (string1,0,LEN);strcpy (string1,This is an example!方法B:const char string2LEN=This is an example!char*cp;cp=string2;(使用的時(shí)候可以直接用指針來(lái)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(chǔ)空間下，B直接使用指針就可以操作了，而A需要調(diào)用兩個(gè)字符函數(shù)才能完成。B的缺點(diǎn)在于靈活性沒(méi)有A好。在需要頻繁更改一個(gè)字符串內(nèi)容的時(shí)候，A具有更好的靈活性；如果采用方法B，則需要預(yù)存許多字符串，雖然占用了 大量的內(nèi)存，但是獲得了程序執(zhí)行的高效率。如果系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，內(nèi)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 17int 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(shí)間。大家要知道的是，函數(shù)調(diào)用是要使用系統(tǒng)的棧來(lái)保存數(shù)據(jù)的，如果編譯器里有棧檢查選項(xiàng)，一般在函數(shù)的頭會(huì)嵌入一些匯編語(yǔ)句對(duì)當(dāng)前棧進(jìn)行檢查；同時(shí)，CPU也要在函數(shù)調(diào)用時(shí)保存和恢復(fù)當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行壓棧和彈棧操作，所以，函數(shù)調(diào)用需要一些CPU時(shí)間。而宏函數(shù)不存在這個(gè)問(wèn)題。宏函數(shù)僅僅作為預(yù)先寫(xiě)好的代碼嵌入到當(dāng)前程序，不會(huì)產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用，所以僅僅是占用了空間，在頻繁調(diào)用同一個(gè)宏函數(shù)的時(shí)候，該現(xiàn)象尤其突出。D方法是我看到的最好的置位操作函數(shù)，是ARM公司源碼的一部分，在短短的三行內(nèi)實(shí)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(xì)體會(huì)。第2招：數(shù)學(xué)方法解決問(wèn)題現(xiàn)在我們演繹高效C語(yǔ)言編寫(xiě)的第二招-采用數(shù)學(xué)方法來(lái)解決問(wèn)題。數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)之母，沒(méi)有數(shù)學(xué)的依據(jù)和基礎(chǔ)，就沒(méi)有計(jì)算機(jī)的發(fā)展，所以在編寫(xiě)程序的時(shí)候，采用一些數(shù)學(xué)方法會(huì)對(duì)程序的執(zhí)行效率有數(shù)量級(jí)的提高。舉例如下，求1100的和。方法Eint I,j;for (I=1; I3;J=456-(45644);在字面上好象H比G麻煩了好多，但是，仔細(xì)查看產(chǎn)生的匯編代碼就會(huì)明白，方法 G調(diào)用了基本的取模函數(shù)和除法函數(shù)，既有函數(shù)調(diào)用，還有很多匯編代碼和寄存器參與運(yùn)算；而方法H則僅僅是幾句相關(guān)的匯編，代碼更簡(jiǎn)潔、效率更高。當(dāng)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(lái)看，效率的差距還是不小。相關(guān)匯編代碼就不在這里列舉了。運(yùn)用這招需要注意的是，因?yàn)镃PU的不同而產(chǎn)生的問(wèn)題。比如說(shuō)，在PC上用這招編寫(xiě)的程序，并在PC上調(diào)試通過(guò)，在移植到一個(gè)16位機(jī)平臺(tái)上的時(shí)候，可能會(huì)產(chǎn)生代碼隱患。所以只有在一定技術(shù)進(jìn)階的基礎(chǔ)下才可以使用這招。第4招：匯編嵌入高效C語(yǔ)言編程的必殺技，第四招-嵌入?yún)R編?！霸谑煜R編語(yǔ)言的人眼里，C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序都是垃圾”。這種說(shuō)法雖然偏激了一些，但是卻有它的道理。匯編語(yǔ)言是效率最高的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，但是，不可能靠著它來(lái)寫(xiě)一個(gè)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?yún)R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(gè)字節(jié)都相符。char string11024, string21024;方法Iint I;for (I=0; I1024; I+)*(string2+I)=*(string1+I)方法J#int I;for(I=0; I1024; I+)*(string2+I)=*(string1+I);#else#ifdef_ARM_asmMOV R0,string1MOV R1,string2MOV R2,#0loop:LDMIA R0!,R3-R11STMIA R1!,R3-R11ADD R2,R2,#8CMP R2, #400BNE loop#endif方法I是最常見(jiàn)的方法，使用了1024次循環(huán)；方法J則根據(jù)平臺(tái)不同做了區(qū)分，在ARM平臺(tái)下，用嵌入?yún)R編僅用128次循環(huán)就完成了同樣的操作。這里有朋友會(huì)說(shuō)，為什么不用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存拷貝函數(shù)呢？這是因?yàn)樵谠磾?shù)據(jù)里可能含有數(shù)據(jù)為0的字節(jié)，這樣的話，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)會(huì)提前結(jié)束而不會(huì)完成我們要求的操作。這個(gè)例程典型應(yīng)用于LCD數(shù)據(jù)的拷貝過(guò)程。根據(jù)不同的CPU，熟練使用相應(yīng)的嵌入?yún)R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(huì)付出慘重的代價(jià)。這是因?yàn)椋褂昧饲度雲(yún)R編，便限制了程序的可移植性，使程序在不同平臺(tái)移植的過(guò)程中，臥虎藏龍、險(xiǎn)象環(huán)生！同時(shí)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