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怎樣寫出高效的嵌入式C程式

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編寫高效簡潔的C語言程式碼,是許多軟體工程師追求的目標。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。

怎樣寫出高效的嵌入式C程式

第1 招:以空間換時間

計算機程式中最大的矛盾是空間和時間的矛盾,那麼從這個角度出發逆向思維來考慮程式的效率問題,我們就有了解決問題的第1招--以空間換時間。

例如:字串的賦值。

從上面的例子可以看出,A和B的效率是不能比的。在同樣的儲存空間下,B直接使用指標就可以操作了,而A 需要呼叫兩個字元函式才能完成。B的缺點在於靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字串內容的時候,A 具有更好的靈活性;如果採用方法B,則需要預存許多字串,雖然佔用了大量的記憶體,但是獲得了程式執行的高效率。

如果系統的實時性要求很高,記憶體還有一些,那我推薦你使用該招數。該招數的邊招--使用巨集函式而不是函式。舉例如下:

函式和巨集函式的區別就在於,巨集函式佔用了大量的空間,而函式佔用了時間。大家要知道的是,函式呼叫是要使用系統的棧來儲存資料的,如果編譯器裡有棧檢查選項,一般在函式的頭會嵌入一些彙編語句對當前棧進行檢查;同時,CPU也要在函式呼叫時儲存和恢復當前的現場,進行壓棧和彈棧操作,所以,函式呼叫需要一些CPU時間。而巨集函式不存在這個問題。巨集函式僅僅作為預先寫好的程式碼嵌入到當前程式,不會產生函式呼叫,所以僅僅是佔用了空間,在頻繁呼叫同一個巨集函式的時候,該現象尤其突出。

D方法是我看到的最好的置位操作函式,是ARM 公司原始碼的一部分,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--採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,所以在編寫程式的時候,採用一些數學方法會對程式的執行效率有數量級的提高。

舉例如下,求1~100 的和。

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。當時我只有國小三年級,可惜我當時不知道用公式Nx(N+1)/2來解決這個問題。方法E 迴圈了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個乘法、1 次除法。效果自然不言而喻。所以,現在我在程式設計序的時候,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式執行的效率。

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。在計算機程式中,資料的位是可以操作的最小資料單位,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體的,或者做資料變換使用,但是,靈活的位操作可以有效地提高程式執行的效率。舉例如下:

在字面上好象H比G麻煩了好多,但是,仔細檢視產生的彙編程式碼就會明白,方法G呼叫了基本的取模函式和除法函式,既有函式呼叫,還有很多彙編程式碼和暫存器參與運算;而方法

H則僅僅是幾句相關的彙編,程式碼更簡潔、效率更高。當然,由於編譯器的不同,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。相關彙編程式碼就不在這裡列舉了。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 上用這招編寫的程式,並在PC 上除錯通過,在移植到一個16位機平臺上的時候,可能會產生程式碼隱患。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:必殺技——嵌入彙編

“在熟悉組合語言的人眼裡,C語言編寫的程式都是垃圾”。這種說法雖然偏激了一些,但是卻有它的道理。組合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作業系統吧?所以,為了獲得程式的高效率,我們只好採用變通的方法--嵌入彙編、混合程式設計。

舉例如下,將陣列一賦值給陣列二,要求每一個位元組都相符。char string1[1024], string2[1024];

方法I是最常見的方法,使用了1024次迴圈;方法J則根據平臺不同做了區分,在ARM 平臺下,用嵌入彙編僅用128次迴圈就完成了同樣的操作。這裡有朋友會說,為什麼不用標準的記憶體拷貝函式呢?這是因為在源資料裡可能含有資料為0 的位元組,這樣的話,標準庫函式會提前結束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應用於LCD資料的拷貝過程根據不同的CPU,熟練使用相應的嵌入彙編,可以大大提高程式執行的效率。