[转]编写高效C语言的四大绝招

Rainyday

第一招：以空间换时间

　　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。比如说字符串的赋值：

　　方法A：通常的办法

• #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 ;
  

使用的时候可以直接用指针来操作。

　　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。

　　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。该招数的变招--使用宏函数而不是函数。举例如下：

　　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。

　　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。


第二招：数学方法解决问题

　　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。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。举例如下，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
  

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 N×（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 次乘法，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。

　　第三招：使用位操作

　　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。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。

　　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。

　　第四招：汇编嵌入

　　高效C语言编程的必杀技，第四招——嵌入汇编。"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。举例如下，将数组一赋值给数组二,要求每一字节都相符。
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。

　　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。