C語(yǔ)言高效編程的幾招
編寫高效簡(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 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(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 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(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，沒有數(shù)學(xué)的依據(jù)和基礎(chǔ)，就沒有計(jì)算機(jī)的發(fā)展，所以在編寫程序的時(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(gè)例子是我印象最深的一個(gè)數(shù)學(xué)用例，是我的餓計(jì)算機(jī)啟蒙老師考我的。當(dāng)時(shí)我只有小學(xué)三年級(jí)，可惜我當(dāng)時(shí)不知道用公式Nx(N+1)/2來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。方法E循環(huán)了100次才解決問(wèn)題，也就是說(shuō)最少用了100個(gè)賦值、100個(gè)判斷、200個(gè)加法(I和j);而方法F僅僅用了1個(gè)加法、1個(gè)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(shí)候，更多的是動(dòng)腦筋找規(guī)律，最大限度地發(fā)揮數(shù)學(xué)的威力來(lái)提高程序運(yùn)行的效率。
第3招：使用位操作
實(shí)現(xiàn)高效的C語(yǔ)言編寫的第三招--使用位操作，減少除法和取模的運(yùn)算。
在計(jì)算機(jī)程序中，數(shù)據(jù)的位是可以操作的最小數(shù)據(jù)單位，理論上可以用“位運(yùn)算”來(lái)完成所有的運(yùn)算和操作。一般的位操作是用來(lái)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(yùn)行的效率。舉例如下：
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。
“在熟悉匯編語(yǔ)言的人眼里，C語(yǔ)言編寫的程序都是垃圾”。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 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是最常見的方法，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。切記。
使用C語(yǔ)言進(jìn)行高效率編程，我的體會(huì)僅此而已。在此已本文拋磚引玉，還請(qǐng)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。
擴(kuò)展閱讀：如何提高C語(yǔ)言代碼效率？
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-19
