C/C++:编写高效C语言的四大绝招

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C/C++:编写高效C语言的四大绝招

更新时间:2018年01月24日15时19分 来源:传智播客

C语言是很多程序猿的入门语言,而且C语言也是一门用不过时的语言。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。今天传智播客C/C++培训专家针对编程工作中的一些体会和经验给大家做相关的阐述。

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 ;

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。

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C:

int I , j;

for (I = 1 ;I<=100; I ++)

{

j += I;

}

方法D

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麻烦了好多,但是,仔细查看产生的汇编代码就会明白,方法E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F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。

用移位实现乘除法运算

a=a*4;

b=b/4;

可以改为:

a=a<<2;

b=b>>2;

说明:

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编译器,用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。

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是最常见的方法,使用了1024次循环;方法H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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作者:传智播客C/C++学院
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