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C語言中高效編程的技巧

2020-02-24 14:11:08
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來源:轉載
供稿:網友

編寫簡潔的C語言代碼是很多程序員的目標,但是對于很多朋友們來說并不是一件簡單的事,那么現在我們就去看看C語言中高效編程的技巧,感興趣的朋友們快快收藏起來吧。

第1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。

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 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的缺點在于靈 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于,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,如果編譯器里有棧檢查 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2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3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的不同而產生的問題。比如說,在PC上用這招編寫的程序,并在PC上調試通過,在移植到一個16位機平臺上的時候,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4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];


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;方法J則根據平臺不同做了區分,在ARM平臺下,用嵌入匯編僅用128次循環就完成了同樣的操作。這里有 朋友會說,為什么不用標準的內存拷貝函數呢?這是因為在源數據里可能含有數據為0的字節,這樣的話,標準庫函數會提前結束而不會完成我們要求的操作。這個 例程典型應用于LCD數據的拷貝過程。根據不同的CPU,熟練使用相應的嵌入匯編,可以大大提高程序執行的效率。

  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,使用了嵌入匯編,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,險象環生!同時該招數也與現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,切記。

以上就是小編介紹關于C語言中高效編程的技巧,本文就工作中的一些體會和經驗做相關的闡述,不對的地方請各位指教。

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