c++培训之编写高效C语言的四大绝招

编写高效C语言的四大绝招
 
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++培训学院
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