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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>
" Z1 |" F& G( N& D* e<>第1招:以空间换时间</P>
" W3 Z  f" L' l  D7 n<>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>
" b5 U3 j/ f* Z<>例如:字符串的赋值。</P>
$ B0 z$ J: n9 D<>方法A,通常的办法:</P>- u4 r' i8 o9 L& u2 |/ M. Z
<>#define LEN 32</P>
8 W1 b& a+ _8 b. K) {<>char string1 [LEN];</P>; m; L9 D: [4 p/ l6 L
<>memset (string1,0,LEN);</P>* J+ E% W# y. v! n
<>strcpy (string1,"This is an example!!"</P>
- H& e1 c; X3 A. h<>方法B:</P>
6 e' k) }9 c; }1 K  x/ o<><BR>const char string2[LEN]="This is an example!"</P>
" n" N9 J) w3 b& i% v<>char*cp;</P>8 j3 T. o) w$ d4 b1 u, K+ S3 ]
<>cp=string2;</P>9 h7 T8 O5 |4 @6 Q' Y
<>(使用的时候可以直接用指针来操作。)</P>
& H# V  \9 v5 I$ x5 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>
3 M" J1 L  O' Z6 ^% B8 @+ J<>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>
4 }2 `- r# n3 v4 K" ]" g3 u<>该招数的边招--使用宏函数而不是函数。举例如下:</P>
6 b2 o; P1 K: ~+ P9 p* H<>方法C:</P>: J; _/ |  |3 L1 S) c+ `, V- K! ]
<><BR>#define bwMCDR2_ADDRESS 4</P>! Y/ D0 f5 ?$ z% u$ Y& B
<>#define bsMCDR2_ADDRESS 17</P>* A) w7 a& O! W
<>int BIT_MASK (int_bf)</P>
# I5 h8 j( j$ X<>{</P>( r& ~6 k5 ~/ D' k
<>return ((IU&lt;&lt;(bw##_bf))-1)&lt;&lt;(bs##_bf);</P>3 W: C1 X8 _0 ^8 F6 Q1 ^. a4 b+ D, a
<>}</P>" m) x% s4 `6 y
<>void SET_BITS(int_dst,int_bf,int_val)</P>
/ ~  }! i, V" V6 C% I/ z<>{</P>
/ i+ t  B' B' [# A* a; A9 k2 J<>_dst=((_dst) &amp; ~ (BIT_MASK(_bf)))I\ (((_val)&lt;&lt;&lt;(bs##_bf))&amp;(BIT_MASK(_bf)))</P>3 u0 N7 {0 X0 e( O+ y. p8 i; p
<>}</P>; m- I. j: L6 X7 w7 V' a$ K4 l
<>SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);</P>9 e8 P7 C. Q/ ~) }& I# n
<>方法D:</P>
: F6 K( F8 r# V' W$ b( T<P>#define bwMCDR2_ADDRESS 4 </P>
9 }* j. _  y; E3 w0 @3 ~# B<P>#define bsMCDR2_ADDRESS 17</P>
( \  _! W; G( O' C( i# z* b<P>#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK (MCDR2_ADDRESS)</P>
" g7 N2 n  [( `3 r<P>#define BIT_MASK(_bf)(((1U&lt;&lt;(bw##_bf))-1)&lt;&lt; (bs##_bf)</P>
: u; i5 O  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>
2 q- M3 [# Y2 {9 A& q<P>SET_BITS(MCDR2,MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber);</P>. o) u! h" ~  _$ d4 H: v  B
<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>
% S* l+ k2 M3 }<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>/ y5 e5 }+ C& ?4 P* z
<P>第2招:数学方法解决问题</P>; h# v) P  H% F* [' a8 G/ |
<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>6 }1 U$ X0 T9 g) [, E
<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>( r# U0 {9 U# d& `# |; {* t
<P>举例如下,求1~100的和。</P>( P" h/ A+ ]  P9 ?
<P>方法E</P>
5 Q: T, x* C% k<P>int I,j;</P>2 a# D8 e: \5 Z8 _8 }( K0 v
<P>for (I=1; I&lt;=100; I++){</P>
. v# B1 x8 B- t& @  j<P>j+=I;</P>
. H5 p7 w4 X: o0 C8 k; {<P>}</P>
& Y7 C6 |/ G% ?' v* }. N; H3 T<P>方法F</P>
' x# E% k; V+ o<P><BR>int I;</P>' P( g8 F2 k7 ~6 ^/ R
<P>I=(100*(1+100))/2</P>
1 P6 a4 B" i$ w' _8 \! h) u' `<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>
5 O5 c4 o" k4 ~' _) D! ~# H<P>第3招:使用位操作</P>
. v' z0 S9 ?7 y- X* {1 }. [<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>
, W2 s# S# b! [, G  N& ]<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>% }- Q' e+ ]9 Z. W
<P>方法G</P>
2 O* Q5 |( d9 j/ S) m<P><BR>int I,J;</P>7 }! X* d, {0 G+ J% Z
<P>I=257/8;</P>
6 t+ n1 ]9 X7 o2 c0 r. _# ~8 @. d<P>J=456%32;</P>4 C" I' h7 ?: W" T& D! ?
<P>方法H</P>
9 L; h1 F' h6 `" |( \& j4 P5 U<P>int I,J;</P>' b2 n) e5 ?5 q; X3 E3 o' m: |; h+ E
<P>I=257&gt;&gt;3;</P>
7 d+ Y7 H' W; ?<P>J=456-(456&gt;&gt;4&lt;&lt;4);</P>
8 T9 ?4 _) j; r5 f& d7 G  Q3 a4 `<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>
5 B# P* l6 J9 M# O<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>! O! I( h9 |: E" J4 T: J5 m
<P>第4招:汇编嵌入</P>, q$ W% T% h9 x% Q. i/ a2 A  j
<P>高效C语言编程的必杀技,第四招--嵌入汇编。</P>
# t! B/ Q0 K4 K: @0 b1 `; A; H2 S<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>
% a( U; d$ p5 V( X+ s<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>7 G" n! ~5 z: \( m
<P>方法I</P>; N& A' s; F3 l
<P>int I;</P>6 \7 K- p6 m, Y1 m* c& R
<P>for (I=0; I&lt;1024; I++)</P>
3 U3 A, k: d( E* m& w0 B5 K<P>*(string2+I)=*(string1+I)</P>6 C. Y8 Z' d! `# j
<P>方法J</P>
" T, ]& `- j& U) P1 M8 j  [. k0 W2 y1 p<P>#int I;</P>& h7 _& r, E. g; v5 Y4 Z9 ?  ]! K% t
<P>for(I=0; I&lt;1024; I++)</P>
9 E& `, w8 l3 K9 E  t  v. p! e<P>*(string2+I)=*(string1+I);</P>1 C7 k2 `- l% c; d0 T
<P>#else</P>/ {0 [, }; t4 _% r8 |
<P>#ifdef_ARM_</P>$ i. q* Z3 `& P6 U% _; f
<P>_asm</P>
, G" |: f. Y0 p$ w! y<P>{</P>
; t" s/ f6 K' D$ R<P>MOV R0,string1</P>5 U' u% h/ I- c0 S' M
<P>MOV R1,string2</P># n" o5 g% U9 h  `0 z
<P>MOV R2,#0</P>
& Q3 E6 P% v1 @  {' A: T<P>loop:</P>
! N+ Q4 [1 i. d( Y: B, Z/ w; D+ D<P>LDMIA R0!,[R3-R11]</P>" J) a8 G) m; \! S: L
<P>STMIA R1!,[R3-R11]</P>
6 W6 _3 Y9 g! |<P>ADD R2,R2,#8</P>' A$ _: j% A6 c7 N( Z# h" b
<P>CMP R2, #400</P>  b7 U  M& B# p/ Z4 c  q
<P>BNE loop</P>
& g1 a' q$ q: x: ^- Y1 D- I<P>}</P>
0 j0 R. T. Z" x# Z<P>#endif</P>
, l( m6 Y' q/ q; \. k+ P<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>. [1 v* D; K$ U) l! ~, j
<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>
2 `9 x; i2 R; g1 a<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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