高效ARM C编程(中)

一、结构体安排

你在结构体上的布局安排对提升性能和代码密度有很重要的影响。在ARM的结构体上有2个主要的问题：第一种是alignment of the structure entries.第二种是结构体整体的大小。
ARM编译器会自动对齐结构体的开始地址，让其对齐结构体内最大尺寸的成员。例如：

struct{
    char a;
    int  b;
    char c;
    short d;
}

内部如下

address	+3	+2	+1	+0
+0	pad	pad	pad	a
+4	b[31,24]	b[23,16]	b[15,8]	b[7,0]
+8	d[15,8]	d[7,0]	pad	c

struct{
    char a;
    char c;
    short d;
    int  b;
}

内部如下

address	+3	+2	+1	+0
+0	d[15,8]	d[7,0]	c	a
+4	b[31,24]	b[23,16]	b[15,8]	b[7,0]

从上面2个例子我们可以得出结论，通过struct内部的变量安排，能够有效的节省空间和提高速度。

• 在armcc中可以使用_packed struct{}，但是这个packed是缓慢和无效率的。 我们只有在空间比速度更重要，并且在程序员无法通过手动安排来节省空间的时候使用_packed

enum

enum的实际大小是由compiler决定的，在armcc中是one byte，但是在gcc中却是four byte。由于这个不确定性，要避免在struct中使用enum

array

所有的数组和很大的元素要尽可能的放在结构体的尾部

substructure

如果结构体太大导致无法在一条指令内访问所有元素，那么最好的办法就是将一些元素打包进子结构体中。这样能提高效率。

二、Bit-fields

typedef struct{
    unsigned int stageA:1;
    unsigned int stageB:1;
    unsigned int stageC:1;
}Stages

在一个需要访问stageA,stageB,stageC的函数中，Compiler访问包含bit-field的内存地址的时候需要访问3次。这是因为bit-field存放在内存中，编译器不知道其值会不会发生改变。

• 完全可以使用unsigned long 和 #define STAGEA (lu1 << 0) 来代替Bit-field,在使用if(stages & STAGEA)和原来使用bit-field的代码if(stages->stageA)的时候，效率是完全不一样的。不使用bit-field的代码比使用的代码形成的汇编代码少了一半。

summary

1. 直接用unsigned long和#define来取代bit-field
2. 涉及到AND,OR,EOR运算符的代码是很高效的。

三、unaligned data and endianness

不对齐的访问是很低效的。在armcc中可以使用_packed int *data来告诉编译器数据可以以任何的字节对齐方式。但是会影响效率。

• 我们可以使用type char *来指向数据，char *可以出现在任何边界对齐的方式中。

在网络数据包和压缩的图像文件(jpeg就是big-endian)中会因为边界对齐出现问题。two-byte和four-byte整型数可以以任何offset出现在这些文件中。此外endianness也是读取数据包和压缩文件的重要问题。这个ARM core 可以配置为little-endian(least significant byte at lowest address)或者big-endian(least significant byte at biggest address)模式。ARM默认的是Little-endian模式。

endianness

int readint_little(char *data)
{
    int a0, a1, a2, a3;
    a0 = *(data++);
    a1 = *(data++);
    a2 = *(data++);
    a3 = *(data++);
    return (a3<<24)|(a2<<16)|(a1<<8)|a0; //低地址低字节
}
int readint_big(char *data)
{
    int a0, a1, a2, a3;
    a0 = *(data++);
    a1 = *(data++);
    a2 = *(data++);
    a3 = *(data++);
    return (a0<<24)|(a1<<16)|(a2<<8)|a3; //低地址高字节
}

unaligned data

void read_samples(char * in)
{
    unsigned short *data; //用于对齐地址
    switch((unsigned int)in & 1)
    {
        case 0:/*地址对齐了，因为最低一位为0*/
         /*再通过大小端进行处理*/
        case 1:/*地址没有对齐*/
         /**/
         data = (unsigned short *)(in - 1);//
         sample = *(data++);
      #ifdef _BIG_ENDIAN
         sample = sample & 0xFF; //高位是低地址得到的无效值
      #else
         sample = sample >> 8;   //小端，去除掉低8Bit的无效值

    }
}

summary

1. 尽可能使用对齐的数据
2. 在任何需要字节对齐的地方使用char *
3. 对于要访问的不对齐的数据，要准备好大小端，是否对齐的多个版本。