如何編寫高效簡潔的C語言代碼

　　引言：

　　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)。本文就工作中的一些體會和經(jīng)驗(yàn)做相關(guān)的闡述，不對的地方請各位指教。

　　第1招：以空間換時(shí)間

　　計(jì)算機(jī)程序中最大的矛盾是空間和時(shí)間的矛盾，那么，從這個(gè)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(shí)間。

　　例如：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(shí)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(diào)用兩個(gè)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(gè)字符串內(nèi)容的時(shí)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。

　　如果系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，內(nèi)存還有一些，那我推薦你使用該招數(shù)。

　　該招數(shù)的變招——使用宏函數(shù)而不是函數(shù)。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);

　　函數(shù)和宏函數(shù)的區(qū)別就在于，宏函數(shù)占用了大量的空間，而函數(shù)占用了時(shí)間。大家要知道的是，函數(shù)調(diào)用是要使用系統(tǒng)的棧來保存數(shù)據(jù)的，如果編譯器里有棧檢查選項(xiàng)，一般在函數(shù)的頭會嵌入一些匯編語句對當(dāng)前棧進(jìn)行檢查;同時(shí)，CPU也要在函數(shù)調(diào)用時(shí)保存和恢復(fù)當(dāng)前的現(xiàn)場，進(jìn)行壓棧和彈棧操作，所以，函數(shù)調(diào)用需要一些CPU時(shí)間。而宏函數(shù)不存在這個(gè)問題。宏函數(shù)僅僅作為預(yù)先寫好的代碼嵌入到當(dāng)前程序，不會產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用，所以僅僅是占用了空間，在頻繁調(diào)用同一個(gè)宏函數(shù)的時(shí)候，該現(xiàn)象尤其突出。 　　D方法是我看到的最好的置位操作函數(shù)，是ARM公司源碼的一部分，在短短的三行內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(xì)體會。

　　第2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(shí)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E

　　int I , j;

　　for (I = 1 ;I<=100; I ++){

　　j += I;

　　}

　　方法F

　　int I;

　　I = (100 * (1+100)) / 2

　　這個(gè)例子是我印象最深的一個(gè)數(shù)學(xué)用例，是我的計(jì)算機(jī)啟蒙老師考我的。當(dāng)時(shí)我只有小學(xué)三年級，可惜我當(dāng)時(shí)不知道用公式 N×(N+1)/ 2 來解決這個(gè)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(gè)賦值，100個(gè)判斷，200個(gè)加法(I和j);而方法F僅僅用了1個(gè)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(shí)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3招：使用位操作

　　第3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(xì)查看產(chǎn)生的匯編代碼就會明白，方法G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H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(gè)16位機(jī)平臺上的時(shí)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。

　　第4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(gè)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

　　方法I是最常見的方法，使用了1024次循環(huán);方法J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(gè)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(jià)。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(xiǎn)象環(huán)生!同時(shí)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。切記，切記。