如何優化C代碼

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如何優化C代碼

　　C代碼規則繁多,使用靈活,容易出錯,教師教學和學生學習都感到困難,而到后期學生能真正編寫程序時,代碼繁瑣,下面是小編為大家搜索整理的如何優化C代碼，希望能給大家帶來幫助!更多精彩內容請及時關注我們應屆畢業生考試網!

　　第一招：以空間換時間

　　計算機程序中最大的矛盾是空間和時間的矛盾，那么，從這個角度出發逆向思維來考慮程序的效率問題，我們就有了解決問題的第1招--以空間換時間。比如說字符串的賦值：

　　方法A：通常的辦法

　　#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 ;

　　使用的時候可以直接用指針來操作。

　　從上面的例子可以看出，A和B的效率是不能比的。在同樣的存儲空間下，B直接使用指針就可以操作了，而A需要調用兩個字符函數才能完成。B的缺點在于靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字符串內容的時候，A具有更好的靈活性;如果采用方法B，則需要預存許多字符串，雖然占用了大量的內存，但是獲得了程序執行的高效率。

　　如果系統的實時性要求很高，內存還有一些，那我推薦你使用該招數。

　　第二招：使用宏而不是函數。

　　這也是第一招的變招。函數和宏的區別就在于，宏占用了大量的空間，而函數占用了時間。大家要知道的是，函數調用是要使用系統的棧來保存數據的，如果編譯器里有棧檢查選項，一般在函數的頭會嵌入一些匯編語句對當前棧進行檢查;同時，CPU也要在函數調用時保存和恢復當前的現場，進行壓棧和彈棧操作，所以，函數調用需要一些CPU時間。而宏不存在這個問題。宏僅僅作為預先寫好的代碼嵌入到當前程序，不會產生函數調用，所以僅僅是占用了空間，在頻繁調用同一個宏的時候，該現象尤其突出。

　　舉例如下：

　　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方法是我看到的最好的置位操作函數，是arm公司源碼的一部分，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。

　　第三招：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--采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，所以在編寫程序的時候，采用一些數學方法會對程序的執行效率有數量級的提高。舉例如下，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

　　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。當時我只有小學三年級，可惜我當時不知道用公式 N×(N+1)/ 2 來解決這個問題。方法E循環了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 次乘法，1次除法。效果自然不言而喻。所以，現在我在編程序的時候，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序運行的效率。

　　第四招：使用位操作

　　使用位操作。減少除法和取模的運算。在計算機程序中數據的位是可以操作的最小數據單位，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件的，或者做數據變換使用，但是，靈活的位操作可以有效地提高程序運行的效率。舉例如下：

　　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麻煩了好多，但是，仔細查看產生的匯編代碼就會明白，方法G調用了基本的取模函數和除法函數，既有函數調用，還有很多匯編代碼和寄存器參與運算;而方法H則僅僅是幾句相關的匯編，代碼更簡潔，效率更高。當然，由于編譯器的不同，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。

　　對于以2的指數次方為"*"、"/"或"%"因子的數學運算，轉化為移位運算"<< >>"通常可以提高算法效率。因為乘除運算指令周期通常比移位運算大。

　　C語言位運算除了可以提高運算效率外，在嵌入式系統的編程中，它的另一個最典型的應用，而且十分廣泛地正在被使用著的是位間的與(&)、或(|)、非(~)操作，這跟嵌入式系統的編程特點有很大關系。我們通常要對硬件寄存器進行位設置，譬如，我們通過將AM186ER型80186處理器的中斷屏蔽控制寄存器的第低6位設置為0(開中斷2)，最通用的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword(INT_MASK);

　　outword(INT_MASK, wTemp &~INT_I2_MASK);

　　而將該位設置為1的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword(INT_MASK);

　　outword(INT_MASK, wTemp | INT_I2_MASK);

　　判斷該位是否為1的做法是：

　　#define INT_I2_MASK 0x0040

　　wTemp = inword(INT_MASK);

　　if(wTemp & INT_I2_MASK)

　　{

　　… /* 該位為1 */

　　}

　　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上用這招編寫的程序，并在PC上調試通過，在移植到一個16位機平臺上的時候，可能會產生代碼隱患。所以只有在一定技術進階的基礎下才可以使用這招。

　　第五招：匯編嵌入

　　在熟悉匯編語言的人眼里，C語言編寫的程序都是垃圾"。這種說法雖然偏激了一些，但是卻有它的道理。匯編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操作系統吧?所以，為了獲得程序的高效率，我們只好采用變通的方法--嵌入匯編，混合編程。嵌入式C程序中主要使用在線匯編，即在C程序中直接插入_asm{ }內嵌匯編語句。

　　舉例如下，將數組一賦值給數組二,要求每一字節都相符。

　　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

　　再舉個例子：

　　/* 把兩個輸入參數的值相加，結果存放到另外一個全局變量中 */

　　int result;

　　void Add(long a, long *b)

　　{

　　_asm

　　{

　　MOV AX, a

　　MOV BX, b

　　ADD AX, [BX]

　　MOV result, AX

　　}

　　方法I是最常見的方法，使用了1024次循環;方法J則根據平臺不同做了區分，在arm平臺下，用嵌入匯編僅用128次循環就完成了同樣的操作。這里有朋友會說，為什么不用標準的內存拷貝函數呢?這是因為在源數據里可能含有數據為0的字節，這樣的話，標準庫函數會提前結束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應用于LCD數據的拷貝過程。根據不同的CPU，熟練使用相應的嵌入匯編，可以大大提高程序執行的效率。

　　雖然是必殺技，但是如果輕易使用會付出慘重的代價。這是因為，使用了嵌入匯編，便限制了程序的可移植性，使程序在不同平臺移植的過程中，臥虎藏龍，險象環生!同時該招數也與現代軟件工程的思想相違背，只有在迫不得已的情況下才可以采用。

　　第六招，使用寄存器變量

　　當對一個變量頻繁被讀寫時，需要反復訪問內存，從而花費大量的存取時間。為此，C語言提供了一種變量，即寄存器變量。這種變量存放在CPU的寄存器中，使用時，不需要訪問內存，而直接從寄存器中讀寫，從而提高效率。寄存器變量的說明符是register。對于循環次數較多的循環控制變量及循環體內反復使用的變量均可定義為寄存器變量，而循環計數是應用寄存器變量的最好候選者。

　　(1) 只有局部自動變量和形參才可以定義為寄存器變量。因為寄存器變量屬于動態存儲方式，凡需要采用靜態存儲方式的量都不能定義為寄存器變量，包括：模塊間全局變量、模塊內全局變量、局部static變量;

　　(2) register是一個"建議"型關鍵字，意指程序建議該變量放在寄存器中，但最終該變量可能因為條件不滿足并未成為寄存器變量，而是被放在了存儲器中，但編譯器中并不報錯(在C++語言中有另一個"建議"型關鍵字：inline)。

　　下面是一個采用寄存器變量的例子：

　　/* 求1+2+3+….+n的值 */

　　WORD Addition(BYTE n)

　　{

　　for(i=1;i<=n;i++)

　　{

　　s=s+i;

　　}

　　return s;

　　}

　　本程序循環n次，i和s都被頻繁使用，因此可定義為寄存器變量。

　　第七招：利用硬件特性

　　首先要明白CPU對各種存儲器的訪問速度，基本上是：

　　CPU內部RAM　>　外部同步RAM　>　外部異步RAM　>　FLASH/ROM

　　對于程序代碼，已經被燒錄在FLASH或ROM中，我們可以讓CPU直接從其中讀取代碼執行，但通常這不是一個好辦法，我們最好在系統啟動后將FLASH或ROM中的目標代碼拷貝入RAM中后再執行以提高取指令速度;

　　對于UART等設備，其內部有一定容量的接收BUFFER，我們應盡量在BUFFER被占滿后再向CPU提出中斷。例如計算機終端在向目標機通過RS-232傳遞數據時，不宜設置UART只接收到一個BYTE就向CPU提中斷，從而無謂浪費中斷處理時間;

　　如果對某設備能采取DMA方式讀取，就采用DMA讀取，DMA讀取方式在讀取目標中包含的存儲信息較大時效率較高，其數據傳輸的基本單位是塊，而所傳輸的數據是從設備直接送入內存的(或者相反)。DMA方式較之中斷驅動方式，減少了CPU 對外設的干預，進一步提高了CPU與外設的并行操作程度。

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