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。本文就是針對編程工作中的一些體會和經驗做相關的闡述。
第一招: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,那麼,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。比如說字符串的賦值:
方法A:通常的辦法
#define LEN 32 char string1 [LEN]; memset (string1,0,LEN); strcpy (string1,"This is a example!!");
方法B:
const char string2[LEN] ="This is a 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的缺點在於靈活性沒有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;如果采用方法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。
如果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。該招數的變招--使用宏函數而不是函數。舉例如下:
方法C:
#define bwMCDR2_ADDRESS 4 #define bsMCDR2_ADDRESS 17 int BIT_MASK(int __bf) { return ((1U << (bw ## __bf)) - 1) << (bs ## __bf); } void SET_BITS(int __dst, int __bf, int __val) { __dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) | (((__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))) | (((__val) << (bs ## __bf)) & (BIT_MASK(__bf)))) SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS, RegisterNumber);
函數和宏函數的區別就在於,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,如果編譯器裡有棧檢查選項,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。
第二招: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E:
int 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 N×(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個判斷,200個加法(I和j);而方法F僅僅用了1個加法,1次乘法,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。
第三招: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);
在字面上好像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,由於編譯器的不同,可能效率的差距不大,但是,以我目前遇到的MS C ,ARM C 來看,效率的差距還是不小。相關匯編代碼就不在這裡列舉了。
運用這招需要注意的是,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,並在PC上調試通過,在移植到一個16位機平台上的時候,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。
第四招: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裡,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,要求每一字節都相符。
char string1[1024],string2[1024];