c++培訓之編寫高效C語言的四大絕招

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。今天傳智播客C/C++培訓專家針對編程工作中的一些體會和經(jīng)驗給大家做相關的闡述。
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(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需要調用兩個字符函數(shù)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(zhí)行的高效率。
第二招：數(shù)學方法解決問題
現(xiàn)在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數(shù)學方法來解決問題。數(shù)學是計算機之母，沒有數(shù)學的依據(jù)和基礎，就沒有計算機的發(fā)展，所以在編寫程序的時候，采用一些數(shù)學方法會對程序的執(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(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)學的威力來提高程序運行的效率。
第三招：使用位操作
實現(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算。在計算機程序中數(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(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，仔細查看產(chǎn)生的匯編代碼就會明白，方法E調用了基本的取模函數(shù)和除法函數(shù)，既有函數(shù)調用，還有很多匯編代碼和寄存器參與運算；而方法F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。相關匯編代碼就不在這里列舉了。
運用這招需要注意的是，因為CPU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上調試通過，在移植到一個16位機平臺上的時候，可能會產(chǎn)生代碼隱患。所以只有在一定技術進階的基礎下才可以使用這招。
用移位實現(xiàn)乘除法運算
　　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算機語言，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，為什么不用標準的內存拷貝函數(shù)呢?這是因為在源數(shù)據(jù)里可能含有數(shù)據(jù)為0的字節(jié)，這樣的話，標準庫函數(shù)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(shù)據(jù)的拷貝過程。根據(jù)不同的CPU，熟練使用相應的嵌入?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。這是因為，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++培訓學院
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