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(biāo)。本文就是針對編程工作中的一些體會和經(jīng)驗做相關(guān)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，那么，從這個角度出發(fā)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(diào)用兩個字符函數(shù)才能完成。B的缺點在于靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字符串內(nèi)容的時候，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)的實時性要求很高，內(nèi)存還有一些，那我推薦你使用該招數(shù)。該招數(shù)的變招--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 ((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(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)占用了時間。大家要知道的是，函數(shù)調(diào)用是要使用系統(tǒng)的棧來保存數(shù)據(jù)的，如果編譯器里有棧檢查選項，一般在函數(shù)的頭會嵌入一些匯編語句對當(dāng)前棧進行檢查；同時，CPU也要在函數(shù)調(diào)用時保存和恢復(fù)當(dāng)前的現(xiàn)場，進行壓棧和彈棧操作，所以，函數(shù)調(diào)用需要一些CPU時間。
而宏函數(shù)不存在這個問題。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)用同一個宏函數(shù)的時候，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體會。
第二招：數(shù)學(xué)方法解決問題 現(xiàn)在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數(shù)學(xué)方法來解決問題。數(shù)學(xué)是計算機之母，沒有數(shù)學(xué)的依據(jù)和基礎(chǔ)，就沒有計算機的發(fā)展，所以在編寫程序的時候，采用一些數(shù)學(xué)方法會對程序的執(zhí)行效率有數(shù)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(shù)學(xué)用例，是我的計算機啟蒙老師考我的。當(dāng)時我只有小學(xué)三年級，可惜我當(dāng)時不知道用公式 N×（N+1）/ 2 來解決這個問題。方法E循環(huán)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(xiàn)在我在編程序的時候，更多的是動腦筋找規(guī)律，最大限度地發(fā)揮數(shù)學(xué)的威力來提高程序運行的效率。
第三招：使用位操作 實現(xiàn)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(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(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(chǎn)生的匯編代碼就會明白，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算；而方法H則僅僅是幾句相關(guān)的匯編，代碼更簡潔，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。
運用這招需要注意的是，因為CPU的不同而產(chǎn)生的問題。比如說，在PC上用這招編寫的程序，并在PC上調(diào)試通過，在移植到一個16位機平臺上的時候，可能會產(chǎn)生代碼隱患。所以只有在一定技術(shù)進階的基礎(chǔ)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?yún)R編。"在熟悉匯編語言的人眼里，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(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
#ifdef _PC_
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)平臺不同做了區(qū)分，在ARM平臺下，用嵌入?yún)R編僅用128次循環(huán)就完成了同樣的操作。這里有朋友會說，為什么不用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存拷貝函數(shù)呢?這是因為在源數(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)庫函數(shù)會提前結(jié)束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應(yīng)用于LCD數(shù)據(jù)的拷貝過程。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付出慘重的代價。這是因為，使用了嵌入?yún)R編，便限制了程序的可移植性，使程序在不同平臺移植的過程中，臥虎藏龍，險象環(huán)生！同時該招數(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。