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优化C代码常用的几招

在性能优化方面永远注意80-20原则，即20%的程序消耗了80%的运行时间，因而我们要改进效率，最主要是考虑改进那20%的代码。不要优化程序中开销不大的那80%，这是劳而无功的。

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，那推荐你使用该招数。

第二招： 使用宏而不是函数
        这也是第一招的变招。函数和宏的区别就在于：宏占用了大量的空间，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。而宏不存在这个问题。宏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的时候，该现象尤其突出。

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);

        D方法是笔者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。

第三招：数学方法解决问题
        现在我们演绎高效C语言编写的第三招――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

        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，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。

第四招：使用位操作
        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，以笔者目前遇到的MS C ,ARM C 来看，效率的差距还是不小。对于以2的指数次方为"*"、"/"或"%"因子的数学运算，转化为移位运算"<< >>"通常可以提高算法效率。因为乘除运算指令周期通常比移位运算大。C语言位运算除了可以提高运算效率外，在嵌入式系统的编程中，它的另一个最典型的应用，而且十分广泛地正在被使用着的是位间的与（&）、或（|）、非（~）操作，这跟嵌入式系统的编程特点有很大关系。我们通常要对硬件寄存器进行位设置，譬如，我们通过将AM186ER型80186处理器的中断屏蔽控制寄存器的第6位设置为0（开中断2），最通用的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
outword(INT_MASK, wTemp &~INT_I2_MASK);   

而将该位设置为1的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
outword(INT_MASK, wTemp | INT_I2_MASK);   

判断该位是否为1的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
if(wTemp & INT_I2_MASK)
{
… /* 该位为1 */
}   

        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。

　　
第五招：汇编嵌入
        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。嵌入式C程序中主要使用在线汇编，即在C程序中直接插入_asm{ }内嵌汇编语句。
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
}