C语言编程小技巧

最新推荐文章于 2022-05-22 16:12:53 发布

C_sp

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文章标签：语言编程 c 汇编 string 编译器

编写高效简洁的C语言代码，是许多软件工程师追求的目标。本文就是针对编程工作中的一些体会和经验做相关的阐述。

　　 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。

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穆扬发表于2006-09-22 18:28:00 IP: 58.213.208.*

这也叫"绝招"?

l1t 发表于2006-09-22 21:44:00 IP: 211.94.84.*

方法：2 F.1
int main()
{
printf("5050");
return 0;
}
高斯小时候就会了。
等差数列公式
梯形面积计算

l1t 发表于2006-09-22 21:47:00 IP: 211.94.84.*

2 F
printf("5050");
高斯小时候就会
等差数列
梯形面积=(上底+下底)*高/2

NoSound 发表于2006-09-22 23:22:00 IP: 58.67.66.*

绝招一：
说实话，第一，我没有看懂这两段代码是干什么用的（准确点说，我没有看出这两段代码是做同一件事情的，或者准备在以后做同一件事情），第二，一个const char[]的地址如何能够传递给一个非const的char指针？而该绝招的说明里，摆明是还要对这个指针指向的内容做一些手脚，那么const是如何得到保证的？如果编译器把const数据放置在一块只读内存里，那么运行时刻很可以就是一个“非法操作”……

绝招二，数学方法解决问题
立论不错，明确点说“算法决定效率”就更贴切一点，可惜举的例子不够生动，似乎就来自于少年高斯的那个传说。如果能象《编程珠玑》开篇讲的那个故事，那就跃然生辉了。

绝招三，用移位代替除法
绝招三至少有三个错误的地方，第一个想必是笔误，把一个数右移四位再左称四位，然后原值去减它，其实是模拟了对16取模，而不是32。第二个是没有考虑到负数，对一个正数，把它右称四位再左称四位再用原值去减它，的确与模16结果一致，但对一个负数就不一样了，因为C里面的移位操作是带符号的，设n=- 15，n % 16应该等于-15，但把-15右移4位会得到-1，再左移4位会得到-16，用-15减去16会得到1。第三个错误也许不是错误，也许只是为了说明问题，却忘了上面的运算都是针对常量的，而对于常量的运算，编译器会自己先把它算出来……所以上述两段代码编译出来的结果会完全一样（除了%32应该是% 16）。
由于移位和减法并不能替代取模，所以讨论二者的速度也没有必要的，只是顺便提一下，对一个常量取模，编译器产生的代码很精巧，如果取模的是两个变量，%也并不是个函数，它其实是CPU本身的硬件指令（idiv），手边恰好没有CPU指令周期表，但从感觉上也觉得一条idiv指令，不会比两个移位和一个减法指令慢多少吧？

绝招四，汇编嵌入。
我不否认仔细编排过的汇编，在速度上也许要超过C编译器的优化，但作者所举的例子，以及说明实在是……
先说说C的例子，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”，所以用了一个1024次的循环来拷贝数据，难道标准库函数里没有memcpy()吗？再说说汇编，啊，我没有发言权，我不了解ARM平台，我只知道8086汇编，那里面有movsb，高效一点，因为知道1024是32的幂，在32位平台上还可以用movsd……

http://blog.youkuaiyun.com/SeaWave/archive/2006/09/22/1267519.aspx