編寫高效C語言的四大絕招
C語言是很多程序猿的入門語言,而且C語言也是一門用不過時的語言。編寫高效簡潔的C語言代碼,是許多軟件工程師追求的目標(biāo)。今天傳智播客C/C++培訓(xùn)專家針對編程工作中的一些體會和經(jīng)驗(yàn)給大家做相關(guān)的闡述。
第一招:以空間換時間
計(jì)算機(jī)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(fā)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 ;
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(diào)用兩個字符函數(shù)才能完成。B的缺點(diǎn)在于靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字符串內(nèi)容的時候,A具有更好的靈活性;如果采用方法B,則需要預(yù)存許多字符串,雖然占用了大量的內(nèi)存,但是獲得了程序執(zhí)行的高效率。
第二招:數(shù)學(xué)方法解決問題
現(xiàn)在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數(shù)學(xué)方法來解決問題。數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)之母,沒有數(shù)學(xué)的依據(jù)和基礎(chǔ),就沒有計(jì)算機(jī)的發(fā)展,所以在編寫程序的時候,采用一些數(shù)學(xué)方法會對程序的執(zhí)行效率有數(shù)量級的提高。舉例如下,求 1~100的和。
方法C:
int I , j;
for (I = 1 ;I<=100; I ++)
{
j += I;
}
方法D
int I;
I = (100 * (1+100)) / 2;
這個例子是我印象最深的一個數(shù)學(xué)用例,是我的計(jì)算機(jī)啟蒙老師考我的。當(dāng)時我只有小學(xué)三年級,可惜我當(dāng)時不知道用公式 N×(N+1)/ 2 來解決這個問題。方法E循環(huán)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(xiàn)在我在編程序的時候,更多的是動腦筋找規(guī)律,最大限度地發(fā)揮數(shù)學(xué)的威力來提高程序運(yùn)行的效率。
第三招:使用位操作
實(shí)現(xiàn)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(yùn)算。在計(jì)算機(jī)程序中數(shù)據(jù)的位是可以操作的最小數(shù)據(jù)單位,理論上可以用"位運(yùn)算"來完成所有的運(yùn)算和操作。一般的位操作是用來控制硬件的,或者做數(shù)據(jù)變換使用,但是,靈活的位操作可以有效地提高程序運(yùn)行的效率。舉例如下:
方法E
int I,J;
I = 257 / 8;
J = 456 % 32;
方法F
int I,J;
I = 257 >>3;
J = 456 - (456 >> 4 << 4);
在字面上好像F比E麻煩了好多,但是,仔細(xì)查看產(chǎn)生的匯編代碼就會明白,方法E調(diào)用了基本的取模函數(shù)和除法函數(shù),既有函數(shù)調(diào)用,還有很多匯編代碼和寄存器參與運(yùn)算;而方法F則僅僅是幾句相關(guān)的匯編,代碼更簡潔,效率更高。當(dāng)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。相關(guān)匯編代碼就不在這里列舉了。
運(yùn)用這招需要注意的是,因?yàn)镃PU的不同而產(chǎn)生的問題。比如說,在PC上用這招編寫的程序,并在PC上調(diào)試通過,在移植到一個16位機(jī)平臺上的時候,可能會產(chǎn)生代碼隱患。所以只有在一定技術(shù)進(jìn)階的基礎(chǔ)下才可以使用這招。
用移位實(shí)現(xiàn)乘除法運(yùn)算
a=a*4;
b=b/4;
可以改為:
a=a<<2;
b=b>>2;
說明:
除2 = 右移1位 乘2 = 左移1位
除4 = 右移2位 乘4 = 左移2位
除8 = 右移3位 乘8 = 左移3位
... ...
通常如果需要乘以或除以2的n次方,都可以用移位的方法代替。 大部分的C編譯器,用移位的方法得到代碼比調(diào)用乘除法子程序生成的代碼效率高。
第四招:匯編嵌入
高效C語言編程的必殺技,第四招——嵌入?yún)R編。"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(jì)算機(jī)語言,但是,不可能靠著它來寫一個操作系統(tǒng)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?yún)R編,混合編程。舉例如下,將數(shù)組一賦值給數(shù)組二,要求每一字節(jié)都相符。
char string1[1024],string2[1024];
方法G
int i;
for (i =0 ;i<1024;i++)
*(string2 + i) = *(string1 + i)
方法H
#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G是最常見的方法,使用了1024次循環(huán);方法H則根據(jù)平臺不同做了區(qū)分,在ARM平臺下,用嵌入?yún)R編僅用128次循環(huán)就完成了同樣的操作。這里有朋友會說,為什么不用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存拷貝函數(shù)呢?這是因?yàn)樵谠磾?shù)據(jù)里可能含有數(shù)據(jù)為0的字節(jié),這樣的話,標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)會提前結(jié)束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應(yīng)用于LCD數(shù)據(jù)的拷貝過程。根據(jù)不同的CPU,熟練使用相應(yīng)的嵌入?yún)R編,可以大大提高程序執(zhí)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?yàn)?,使用了嵌入?yún)R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(huán)生!同時該招數(shù)也與現(xiàn)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。
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作者:傳智播客C/C++培訓(xùn)學(xué)院
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