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标题: [分享]C高效编程就几招 [打印本页]

作者: sxqiang    时间: 2005-5-22 00:36
标题: [分享]C高效编程就几招
<>      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。</P>4 \* J  @, I+ f/ K# q
<>第1招:以空间换时间</P>
& e+ ?3 i: i( _) C6 [8 l<>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。</P>; e3 @" p9 V' O5 o
<>例如:字符串的赋值。</P>
: Y; ^6 Y# A4 }, |$ C; q<>方法A,通常的办法:</P>
, C+ L' s  y) P- f<>#define LEN 32</P>
. G4 x, g0 ?* J1 j" L8 l4 u! }. X  N+ _<>char string1 [LEN];</P>9 E* ~7 r/ s: B' g) R
<>memset (string1,0,LEN);</P>
# r9 \; h6 W* b<>strcpy (string1,"This is an example!!"</P>
4 r% t& Y6 w. p" j6 w<>方法B:</P>
2 y2 r3 E8 G  }: q& A7 _+ S<><BR>const char string2[LEN]="This is an example!"</P>
! o6 f4 S8 e* W4 O<>char*cp;</P>
4 [9 D, }5 b) `<>cp=string2;</P>( D% C% [. i9 W( H5 k  ~0 u
<>(使用的时候可以直接用指针来操作。)</P>2 H% I' l9 A% M3 [8 T
<><BR>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。</P>
; x- f1 }( X$ }8 U9 ?4 G<>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。</P>$ z9 _# n5 V! |/ }
<>该招数的边招--使用宏函数而不是函数。举例如下:</P>
/ l, i9 j( y+ m: H<>方法C:</P>7 l, b) ?2 w+ x+ f
<><BR>#define bwMCDR2_ADDRESS 4</P>
! s. U6 F5 {4 @! b/ c<>#define bsMCDR2_ADDRESS 17</P>3 u4 C  C0 u; g' X" K; ^, _( j- r7 y
<>int BIT_MASK (int_bf)</P>. w( D2 [7 t0 f) n6 r
<>{</P>
4 f: z* c" g/ y" R2 g: t<>return ((IU&lt;&lt;(bw##_bf))-1)&lt;&lt;(bs##_bf);</P>
' Q3 j1 @9 y! S" c+ p' A/ z2 I<>}</P>
; X5 w# R+ R' D* D+ ?/ R<>void SET_BITS(int_dst,int_bf,int_val)</P>
* h& M4 {2 ^0 s2 Y) m9 w<>{</P>& f8 ]4 k0 f! [1 F$ m& I
<>_dst=((_dst) &amp; ~ (BIT_MASK(_bf)))I\ (((_val)&lt;&lt;&lt;(bs##_bf))&amp;(BIT_MASK(_bf)))</P>3 q- B* t5 P* r7 t9 N* C
<>}</P>
3 J6 v  {. @$ b: ?<>SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);</P>
& i' m( j& h& T7 N& {8 V& |' ?<>方法D:</P>1 z3 s# J) W5 f7 S0 R3 n
<P>#define bwMCDR2_ADDRESS 4 </P>. B3 x" @9 t* u* w5 ?
<P>#define bsMCDR2_ADDRESS 17</P>* e' n" p, `. O6 a  g. a* @
<P>#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK (MCDR2_ADDRESS)</P>
9 z6 h+ |) T' M( Q<P>#define BIT_MASK(_bf)(((1U&lt;&lt;(bw##_bf))-1)&lt;&lt; (bs##_bf)</P>4 |1 S, ^1 I! ?- r
<P>#define SET_BITS(_dst,_bf,_val)\ ((_dst)=((_dst)&amp;~(BIT_MASK(_bf)))I (((_val)&lt;&lt;(bs##_bf))&amp;(BIT_MASK(_bf))))</P>, y& u/ ~# [) o$ S1 u
<P>SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);</P>
/ ~, Q& n& r% A' h<P>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。</P>4 u8 {# j* S8 }- Q
<P>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。</P>3 C6 k. i  D, b) Y5 F: S
<P>第2招:数学方法解决问题</P>: A. n  e! r; D  W1 \2 F* n- G( k  i
<P>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。</P>( g* J6 X( I1 H! r1 p2 s
<P>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。</P>( ~7 O  q; |6 e5 q( ?8 h- W
<P>举例如下,求1~100的和。</P>
! p7 g  f7 v  d7 z; r5 a% }" a<P>方法E</P>: N4 m2 ~, T- x4 o9 z/ u8 P
<P>int I,j;</P>" K2 H# L3 E7 D) B; ?
<P>for (I=1; I&lt;=100; I++){</P>
: Q: V2 a- Z% c+ p! v<P>j+=I;</P>
" E4 D' u' r5 ]1 W1 d( K<P>}</P>
8 v7 T" |. J2 z/ j( G2 G<P>方法F</P>
5 U# t' b0 H5 Q2 `<P><BR>int I;</P>
4 S: M) Y3 C- Z3 a<P>I=(100*(1+100))/2</P>2 O! d  u' d( @& p& j
<P>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Nx(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个乘法、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。</P>
8 W" k! P4 I! T2 j- q: W4 E" t<P>第3招:使用位操作</P>
! |- b  {# S2 r; L5 w8 t$ d, B<P>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。</P>
: }- J2 x7 ^( f4 o6 M<P>      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。举例台如下:</P>1 e( N( Z% y# f' N* {: O
<P>方法G</P>! Q. s6 z" ?( Q2 w
<P><BR>int I,J;</P>2 f) T( J' r9 ^7 x. s# {% N
<P>I=257/8;</P>
: `+ @# D$ k2 I2 P$ ~<P>J=456%32;</P>. y( D5 o2 C- C6 M( E
<P>方法H</P>9 g5 b0 ?; N- y+ O- {
<P>int I,J;</P>7 b1 O) ~% C3 o
<P>I=257&gt;&gt;3;</P>( G) }! c; f5 F& l' P  n
<P>J=456-(456&gt;&gt;4&lt;&lt;4);</P>
9 O* Q- @. }+ h4 E/ }( p<P>在字面上好象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。</P>
. u- C+ B0 S7 N, q0 p5 n/ Q& d<P>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。</P>% U/ _3 @) [) y' s9 P
<P>第4招:汇编嵌入</P>6 K% I' X8 n6 I) ^* ]5 H. v
<P>高效C语言编程的必杀技,第四招--嵌入汇编。</P>. m/ H9 {1 \( @; Z; w* M
<P>“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。</P>& I% |; p! Z) Q7 x" n
<P>举例如下,将数组一赋值给数组二,要求每一个字节都相符。char string1[1024], string2[1024];</P>
. z6 v  C/ @4 `+ J3 H0 ?- G2 j<P>方法I</P>9 l: E) ^; M: d% O
<P>int I;</P>4 T; f1 Y* R' s' ~0 j
<P>for (I=0; I&lt;1024; I++)</P>
& R. W& y* }9 z$ q# b: E. v<P>*(string2+I)=*(string1+I)</P>
7 @/ l$ `- k' R8 e<P>方法J</P>
, \4 |' h% u$ d! m7 M! |! T9 ^( S/ ~<P>#int I;</P>
7 \1 S5 j  V3 {2 ]6 [' Q) c; Y* V<P>for(I=0; I&lt;1024; I++)</P>  k0 E/ l' D1 j( Y" |" b
<P>*(string2+I)=*(string1+I);</P>3 q( H" J( D5 ?% ?
<P>#else</P>7 h, C( Y5 @+ a/ m
<P>#ifdef_ARM_</P>* C2 c/ M$ a$ T
<P>_asm</P>
  m/ E, k3 p2 z+ R<P>{</P>$ p# [9 P7 m' G5 x' h* e' B# V
<P>MOV R0,string1</P>
7 K4 v* ?% _& r& h; E) u<P>MOV R1,string2</P>
  t# f/ s9 K4 x, c0 h" k<P>MOV R2,#0</P>
$ w1 w3 c3 q- k% ?<P>loop:</P># Z5 Z' Q# ~; g. E% W
<P>LDMIA R0!,[R3-R11]</P>: N3 f+ t0 O. D) Q
<P>STMIA R1!,[R3-R11]</P>4 q3 ?* c0 O9 o$ o6 X8 U
<P>ADD R2,R2,#8</P>) i2 o% V4 i- M  G0 C$ U
<P>CMP R2, #400</P>4 t8 g' o  K' V3 x, ~
<P>BNE loop</P>+ S  t& D6 I" n
<P>}</P>
4 k- Q% S, ?& u" v% B<P>#endif</P>
( I( L- X2 O, n5 a, p3 ^<P>       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。</P>
/ s, n% T1 ~( `6 t1 T<P>       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。</P>
7 s/ t2 W0 B( _. d( Z" u! J, @<P>       使用C语言进行高效率编程,我的体会仅此而已。在此已本文抛砖引玉,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。</P>
作者: lipu_2003    时间: 2005-6-3 21:35
<>呵呵,我先借来试试</P>[em04]
作者: zxc6604    时间: 2005-8-8 10:05
谢谢,
作者: yirongshu    时间: 2005-8-16 20:17

作者: stormslowly    时间: 2005-11-25 22:44
收藏!~
作者: z.l.zhang    时间: 2006-3-1 09:37
<p>顶</p><p></p>
作者: apf_8737    时间: 2006-3-4 13:29
<p>说实话,好 的 程序 员 也就 是 那么 几套思路</p><p>各有各的 特点</p><p></p>
作者: apf_8737    时间: 2006-3-4 13:30
<p>我 开始学 语言很 头疼,后来领悟了 些思路就 </p><p>很简单了 </p>
作者: apf_8737    时间: 2006-3-4 13:31
更像是写一篇作文,尽量的 是自记得思路严谨完美
作者: youwubing    时间: 2006-3-14 23:42
顶!<br/><br/>
作者: agen    时间: 2006-3-19 23:37
cpp的模板、元模板也可以加速运行。
作者: sandrowjw    时间: 2006-3-20 12:01
标题: 其实真正的高效率还是通过好的算法得到的
其实真正的高效率还是通过好的算法得到的。<br/>通过嵌入汇编来提高效率有时候会得不偿失,需要大量尝试积累经验。<br/>
作者: pinozav    时间: 2006-3-22 17:15
好东西,收藏了
作者: yuzheye    时间: 2006-3-24 08:38
<p>宏定义用的比较多</p>
作者: mql616    时间: 2006-3-25 16:10
<p>是好东西啊</p><p></p>
作者: qnwboi    时间: 2006-3-31 22:34
<p>ding</p><p></p>
作者: zansan    时间: 2006-5-7 20:39
汇编,使用还是太少.
作者: mustpeter    时间: 2006-12-12 16:46
o&nbsp; 看了。。。。
作者: tramp    时间: 2007-4-7 18:52
<p>学习</p><p></p>
作者: zhuhuying    时间: 2007-5-22 15:11
<p>Thanks,studying。。。。。。。。。。。。。</p>




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