编写高效C语言的四大绝招 !!!

举报
CodeAllen 发表于 2021/10/30 01:29:24 2021/10/30
【摘要】 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。本文就是针对编程工作中的一些体会和经验做相关的阐述。    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。比如说字符串的赋值: 方法A:通常的办法...

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。本文就是针对编程工作中的一些体会和经验做相关的阐述。 

  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。比如说字符串的赋值:

方法A:通常的办法


  
  1. 1#define LEN 32
  2. 2char string1 [LEN];
  3. 3memset (string1,0,LEN);
  4. 4strcpy (string1,"This is a example!!");


方法B:使用的时候可以直接用指针来操作。 


  
  1. 1const char string2[LEN] ="This is a example!";
  2. 2char * cp;
  3. 3cp = string2 ;

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:


  
  1. 1#define bwMCDR2_ADDRESS 4
  2. 2#define bsMCDR2_ADDRESS 17
  3. 3int BIT_MASK(int __bf)
  4. 4{
  5. 5 return ((1U << (bw ## __bf)) - 1)<< (bs ## __bf);
  6. 6}
  7. 7void SET_BITS(int __dst,
  8. 8int __bf, int __val)
  9. 9{
  10. 10 __dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) |
  11. 11\
  12. 12 (((__val) << (bs ## __bf))
  13. 13& (BIT_MASK(__bf))))
  14. 14}
  15. 15SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);

方法D:


  
  1. 1#define bwMCDR2_ADDRESS 4
  2. 2#define bsMCDR2_ADDRESS 17
  3. 3#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)
  4. 4#define BIT_MASK(__bf)
  5. 5(((1U << (bw ## __bf)) - 1)
  6. 6<< (bs ## __bf))
  7. 7#define SET_BITS(__dst, __bf, __val)
  8. 8\
  9. 9((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf)))
  10. 10| \
  11. 11(((__val) << (bs ## __bf))
  12. 12& (BIT_MASK(__bf))))
  13. 13SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS,
  14. 14RegisterNumber);

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:


  
  1. 1int I , j;
  2. 2for (I = 1 ;I<=100; I ++)
  3. 3{
  4. 4 j += I;
  5. 5}

方法F


  
  1. 1int I;
  2. 2I = (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


  
  1. 1int I,J;
  2. 2I = 257 /8;
  3. 3J = 456 % 32;

 方法H


  
  1. 1int I,J;
  2. 2I = 257 >>3;
  3. 3J = 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


  
  1. 1int I;
  2. 2for (I =0 ;I<1024;I++)
  3. 3 *(string2 + I) = *(string1 + I)

方法J


  
  1. 1#ifdef _PC_
  2. 2int I;
  3. 3for (I =0 ;I<1024;I++)
  4. 4*(string2 + I) = *(string1 + I);
  5. 5#else
  6. 6#ifdef _ARM_
  7. 7__asm
  8. 8{
  9. 9 MOV R0,string1
  10. 10 MOV R1,string2
  11. 11 MOV R2,#0
  12. 12loop:
  13. 13 LDMIA R0!, [R3-R11]
  14. 14 STMIA R1!, [R3-R11]
  15. 15 ADD R2,R2,#8
  16. 16 CMP R2, #400
  17. 17 BNE loop
  18. 18}
  19. 19#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。

END

推荐阅读:

C语言推荐书籍从入门到进阶(珍藏版)

C++推荐书籍从入门到进阶带你走上大牛之路(珍藏版)

ARM+LINUX嵌入式学习路线 (珍藏版)

在家闲的无聊!推荐几个搜书网站

2019年文章合辑

2020Java学习路线(珍藏版)

关于PWM模式的理解

作者李工(Allen),曾做过嵌入式无人机开发,现为世界500强高级软件开发工程师。公众号分享大量C/C++/Java/Python/Linux等相关知识,期待你的关注!

在公众号内回复「1024」,即可免费获取海量资料!

来都来了 点个赞再走吧~~~

文章来源: allen5g.blog.csdn.net,作者:CodeAllen的博客,版权归原作者所有,如需转载,请联系作者。

原文链接:allen5g.blog.csdn.net/article/details/104193263

【版权声明】本文为华为云社区用户转载文章,如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容,举报邮箱: cloudbbs@huaweicloud.com
  • 点赞
  • 收藏
  • 关注作者

评论(0

0/1000
抱歉,系统识别当前为高风险访问,暂不支持该操作

全部回复

上滑加载中

设置昵称

在此一键设置昵称,即可参与社区互动!

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。

举报
请填写举报理由
0/200