C語言高效編程的幾招

2019-11-17 05:20:12

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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最大的矛盾是空間和時間的矛盾，那么，從這個角度出發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 32char 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；假如采用方法B，則需要預存許多字符串，雖然占用了大量的內存，但是獲得了程序執行的高效率。假如系統的實時性要求很高，內存還有一些，那我推薦你使用該招數。該招數的邊招--使用宏函數而不是函數。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);函數和宏函數的區別就在于，宏函數占用了大量的空間，而函數占用了時間。大家要知道的是，函數調用是要使用系統的棧來保存數據的，假如編譯器里有棧檢查選項，一般在函數的頭會嵌入一些匯編語句對當前棧進行檢查；同時，CPU也要在函數調用時保存和恢復當前的現場，進行壓棧和彈棧操作，所以，函數調用需要一些CPU時間。而宏函數不存在這個問題。宏函數僅僅作為預先寫好的代碼嵌入到當前程序，不會產生函數調用，所以僅僅是占用了空間，在頻繁調用同一個宏函數的時候，該現象尤其突出。D方法是我看到的最好的置位操作函數，是ARM公司源碼的一部分，在短短的三行內實現了很多功能，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：數學方法解決問題現在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數學方法來解決問題。數學是計算機之母，沒有數學的依據和基礎，就沒有計算機的發展，所以在編寫程序的時候，采用一些數學方法會對程序的執行效率有數量級的提高。舉例如下，求1~100的和。方法Eint I,j;for (I=1; I<=100; I++){j+=I;} 方法F
int I;I=(100*(1+100))/2這個例子是我印象最深的一個數學用例，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循環了100次才解決問題，也就是說最少用了100個賦值、100個判定、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，現在我在編程序的時候，更多的是動腦筋找規律，最大限度地發揮數學的威力來提高程序運行的效率。第3招：使用位操作實現高效的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，數據的位是可以操作的最小數據單位，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，或者做數據變換使用，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Hint 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和除法函數，既有函數調用，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，以我目前碰到的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。運用這招需要注重的是，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。匯編語言是效率最高的計算機語言，但是，不可能靠著它來寫一個操作系統吧？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，將數組一賦值給數組二，要求每一個字節都相符。char string1[1024], string2[1024]; 方法Iint 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,string1MOV R1,string2MOV R2,#0loop:LDMIA R0!,[R3-R11]STMIA R1!,[R3-R11]ADD R2,R2,#8CMP R2, #400BNE loop}#endif方法I是最常見的方法，使用了1024次循環；方法J則根據平臺不同做了區分，在ARM平臺下，用嵌入匯編僅用128次循環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呢？這是因為在源數據里可能含有數據為0的字節，這樣的話，標準庫函數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數據的拷貝過程。根據不同的CPU，熟練使用相應的嵌入匯編，可以大大提高程序執行的效率。雖然是必殺技，但是假如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、險象環生！同時該招數也與現代軟件工程的思想相違反，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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