如何優(yōu)化C語言代碼(程序員必讀)[轉(zhuǎn)]http://www./　2008-11-17 　網(wǎng)絡(luò)　點擊:69 　[ 評論 ]
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1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
      應(yīng)該熟悉算法語言，知道各種算法的優(yōu)缺點，具體資料請參見相應(yīng)的參考資料，有很多計算機書籍上都有介紹。將比較慢的順序查找法用較快的二分查找或亂序查找法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，都可以大大提高程序執(zhí)行的效率。.選擇一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也很重要，比如你在一堆隨機存放的數(shù)中使用了大量的插入和刪除指令，那使用鏈表要快得多。數(shù)組與指針語句具有十分緊密的關(guān)系，一般來說，指針比較靈活簡潔，而數(shù)組則比較直觀，容易理解。對于大部分的編譯器，使用指針比使用數(shù)組生成的代碼更短，執(zhí)行效率更高。但是在Keil中則相反，使用數(shù)組比使用的指針生成的代碼更短。。

3、使用盡量小的數(shù)據(jù)類型
      能夠使用字符型(char)定義的變量，就不要使用整型(int)變量來定義；能夠使用整型變量定義的變量就不要用長整型(long int)，能不使用浮點型(float)變量就不要使用浮點型變量。當(dāng)然，在定義變量后不要超過變量的作用范圍，如果超過變量的范圍賦值，C編譯器并不報錯，但程序運行結(jié)果卻錯了，而且這樣的錯誤很難發(fā)現(xiàn)。
      在ICCAVR中，可以在Options中設(shè)定使用printf參數(shù)，盡量使用基本型參數(shù)(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式說明符)，少用長整型參數(shù)(%ld、%lu、%lx和%lX格式說明符)，至于浮點型的參數(shù)(%f)則盡量不要使用，其它C編譯器也一樣。在其它條件不變的情況下，使用%f參數(shù)，會使生成的代碼的數(shù)量增加很多，執(zhí)行速度降低。

4、使用自加、自減指令
      通常使用自加、自減指令和復(fù)合賦值表達式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質(zhì)量的程序代碼，編譯器通常都能夠生成inc和dec之類的指令，而使用 a=a+1或a=a-1之類的指令，有很多C編譯器都會生成二到三個字節(jié)的指令。在AVR單片適用的ICCAVR、GCCAVR、IAR等C編譯器以上幾種書寫方式生成的代碼是一樣的，也能夠生成高質(zhì)量的inc和dec之類的的代碼。

5、減少運算的強度
      可以使用運算量小但功能相同的表達式替換原來復(fù)雜的的表達式。如下：
(1)、求余運算。
        a=a%8;
可以改為：
        a=a&7;

說明：位操作只需一個指令周期即可完成，而大部分的C編譯器的“%”運算均是調(diào)用子程序來完成，代碼長、執(zhí)行速度慢。通常，只要求是求2n方的余數(shù)，均可使用位操作的方法來代替。

(2)、平方運算
        a=pow(a,2.0);
可以改為：
        a=a*a;

說明：在有內(nèi)置硬件乘法器的單片機中(如51系列)，乘法運算比求平方運算快得多，因為浮點數(shù)的求平方是通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)的，在自帶硬件乘法器的AVR 單片機中，如ATMega163中，乘法運算只需2個時鐘周期就可以完成。既使是在沒有內(nèi)置硬件乘法器的AVR單片機中，乘法運算的子程序比平方運算的子程序代碼短，執(zhí)行速度快。

如果是求3次方，如：
        a=pow(a,3.0);
更改為：
        a=a*a*a；
則效率的改善更明顯。

(3)、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：通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。在ICCAVR中，如果乘以2n，都可以生成左移的代碼，而乘以其它的整數(shù)或除以任何數(shù)，均調(diào)用乘除法子程序。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。實際上，只要是乘以或除以一個整數(shù)，均可以用移位的方法得到結(jié)果，如：
        a=a*9
可以改為：
        a=(a<<3)+a

6、循環(huán)
(1)、循環(huán)語
      對于一些不需要循環(huán)變量參加運算的任務(wù)可以把它們放到循環(huán)外面，這里的任務(wù)包括表達式、函數(shù)的調(diào)用、指針運算、數(shù)組訪問等，應(yīng)該將沒有必要執(zhí)行多次的操作全部集合在一起，放到一個init的初始化程序中進行。

(2)、延時函數(shù)：
通常使用的延時函數(shù)均采用自加的形式：
        void delay (void)
        {
unsigned int i;
        for (i=0;i<1000;i++)
        ;
        }
將其改為自減延時函數(shù)：
        void delay (void)
        {
unsigned int i;
            for (i=1000;i>0;i--)
        ;
        }

      兩個函數(shù)的延時效果相似，但幾乎所有的C編譯對后一種函數(shù)生成的代碼均比前一種代碼少1~3個字節(jié)，因為幾乎所有的MCU均有為0轉(zhuǎn)移的指令，采用后一種方式能夠生成這類指令。在使用while循環(huán)時也一樣，使用自減指令控制循環(huán)會比使用自加指令控制循環(huán)生成的代碼更少1~3個字母。但是在循環(huán)中有通過循環(huán)變量“i”讀寫數(shù)組的指令時，使用預(yù)減循環(huán)時有可能使數(shù)組超界，要引起注意。

(3)while循環(huán)和do…while循環(huán)
用while循環(huán)時有以下兩種循環(huán)形式：
unsigned int i;
        i=0;
        while (i<1000)
        {
            i++;
        //用戶程序
        }
或：
unsigned int i;
        i=1000;
        do
        i--;
        //用戶程序
        while (i>0);
      在這兩種循環(huán)中，使用do…while循環(huán)編譯后生成的代碼的長度短于while循環(huán)。

7、查表
      在程序中一般不進行非常復(fù)雜的運算，如浮點數(shù)的乘除及開方等，以及一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的插補運算，對這些即消耗時間又消費資源的運算，應(yīng)盡量使用查表的方式，并且將數(shù)據(jù)表置于程序存儲區(qū)。如果直接生成所需的表比較困難，也盡量在啟了，減少了程序執(zhí)行過程中重復(fù)計算的工作量。

8、其它
比如使用在線匯編及將字符串和一些常量保存在程序存儲器中，均有利于優(yōu)化

嵌入式實時程序設(shè)計中C/C++代碼的優(yōu)化

1 引言

      計算機技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展的今天，計算機和計算機技術(shù)大量應(yīng)用在人們的日常生活中，嵌入式計算機也得到了廣泛的應(yīng)用。 嵌入式計算機是指完成一種或多種特定功能的計算機系統(tǒng)，是軟硬件的緊密結(jié)合體。具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點。 特別適合于要求實時和多任務(wù)的應(yīng)用體系。嵌入式實時系統(tǒng)是目前蓬勃發(fā)展的行業(yè)之一。      但是，實時嵌入式系統(tǒng)的特點使得其軟件受時間和空間的嚴(yán)格限制，加上運行環(huán)境復(fù)雜，使得嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)變得異常困難。 為了設(shè)計一個滿足功能、性能和死線要求的系統(tǒng)，為了開發(fā)出安全可靠的高性能嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)語言的選擇十分重要。 
2 嵌入式實時程序設(shè)計中語言的選擇

    
隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴大和嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS(Real Time Operating System)的廣泛使用，高級語言編程已是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的必然趨勢。因為匯編語言和具體的微處理器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，移植性較差，既不宜在復(fù)雜系統(tǒng)中使用，又不便于實現(xiàn)軟件重用；而高級語言具有良好的通用性和豐富的軟件支持，便于推廣、易于維護，因此高級語言編程具有許多優(yōu)勢。目前，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的語言種類很多，但僅有少數(shù)幾種語言得到了比較廣泛的應(yīng)用。其中C和C++是應(yīng)用最廣泛的。C++在支持現(xiàn)代軟件工程、 OOP(Object Oriented Programming，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計)、結(jié)構(gòu)化等方面對C進行了卓有成效的改進，但在程序代碼容量、執(zhí)行速度、程序復(fù)雜程度等方面比C語言程序性能差一些。由于C語言既有低級語言的直接控制硬件的能力，又有高級語言的靈活性，是目前在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的編程語言。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，Java的應(yīng)用也得到廣泛應(yīng)用。

3 C/C++代碼在實時程序設(shè)計中的優(yōu)化

    
雖然使軟件正確是一個工程合乎邏輯的最后一個步驟，但是在嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)中，情況并不總是這樣的。出于對低價產(chǎn)品的需求， 硬件的設(shè)計者需要提供剛好足夠的存儲器和完成工作的處理能力。所以在嵌入式軟件設(shè)計的最后一個階段則變成了對代碼的優(yōu)化。   

現(xiàn)代的C和C++編譯器都提供了一定程度上的代碼優(yōu)化。然而，大部分由編譯器執(zhí)行的優(yōu)化僅涉及執(zhí)行速度和代碼大小的一個平衡。你的程序能夠變得更快或者更小，但是不可能又變快又變小。經(jīng)過本人在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)過程中實踐，下面介紹幾種簡單且行之有效的C/C++代碼的優(yōu)化方法。

      (1) Inline函數(shù)

      在C++中，關(guān)鍵字Inline可以被加入到任何函數(shù)的聲明中。這個關(guān)鍵字請求編譯器用函數(shù)內(nèi)部的代碼替換所有對于指出的函數(shù)的調(diào)用。這樣做在兩個方面快于函數(shù)調(diào)用。這樣做在兩個方面快于函數(shù)調(diào)用：第一，省去了調(diào)用指令需要的執(zhí)行時間；第二，省去了傳遞變元和傳遞過程需要的時間。但是使用這種方法在優(yōu)化程序速度的同時，程序長度變大了，因此需要更多的ROM。使用這種優(yōu)化在Inline函數(shù)頻繁調(diào)用并且只包含幾行代碼的時候是最有效的。 
      (2)用指針代替數(shù)組

      在許多種情況下，可以用指針運算代替數(shù)組索引，這樣做常常能產(chǎn)生又快又短的代碼。與數(shù)組索引相比，指針一般能使代碼速度更快，占用空間更少。使用多維數(shù)組時差異更明顯。下面的代碼作用是相同的，但是效率不一樣。 
      數(shù)組索引                  指針運算 
      For(;;){                  p=array 
      A=array[t++];            for(;;){ 
                                  a=*(p++); 
      ......                      ...... 
      }                        }

      指針方法的優(yōu)點是，array的地址每次裝入地址p后，在每次循環(huán)中只需對p增量操作。在數(shù)組索引方法中，每次循環(huán)中都必須進行基于t值求數(shù)組下標(biāo)的復(fù)雜運算。 
      (3)不定義不使用的返回值

      function函數(shù)定義并不知道函數(shù)返回值是否被使用，假如返回值從來不會被用到，應(yīng)該使用void來明確聲明函數(shù)不返回任何值。

      (4)手動編寫匯編

      在嵌入式軟件開發(fā)中，一些軟件模塊最好用匯編語言來寫，這可以使程序更加有效。雖然C/C++編譯器對代碼進行了優(yōu)化，但是適當(dāng)?shù)氖褂脙?nèi)聯(lián)匯編指令可以有效的提高整個系統(tǒng)運行的效率。 
      (5)使用寄存器變量

      在聲明局部變量的時候可以使用register關(guān)鍵字。這就使得編譯器把變量放入一個多用途的寄存器中，而不是在堆棧中，合理使用這種方法可以提高執(zhí)行速度。函數(shù)調(diào)用越是頻繁，越是可能提高代碼的速度。 
      (6)使用增量和減量操作符

      在使用到加一和減一操作時盡量使用增量和減量操作符，因為增量符語句比賦值語句更快，原因在于對大多數(shù)CPU來說，對內(nèi)存字的增、 減量操作不必明顯地使用取內(nèi)存和寫內(nèi)存的指令，比如下面這條語句： 
      x=x+1; 
      模仿大多數(shù)微機匯編語言為例，產(chǎn)生的代碼類似于： 
      move A,x        ;把x從內(nèi)存取出存入累加器A 
      add A,1        ;累加器A加1 
      store x        ;把新值存回x

      如果使用增量操作符，生成的代碼如下： 
      incr x          ;x加1 
      顯然，不用取指令和存指令，增、減量操作執(zhí)行的速度加快，同時長度也縮短了。

      (7)減少函數(shù)調(diào)用參數(shù)

      使用全局變量比函數(shù)傳遞參數(shù)更加有效率。這樣做去除了函數(shù)調(diào)用參數(shù)入棧和函數(shù)完成后參數(shù)出棧所需要的時間。然而決定使用全局變量會影響程序的模塊化和重入，故要慎重使用。 
      (8)Switch語句中根據(jù)發(fā)生頻率來進行case排序

      switch語句是一個普通的編程技術(shù)，編譯器會產(chǎn)生if-else-if的嵌套代碼，并按照順序進行比較，發(fā)現(xiàn)匹配時，就跳轉(zhuǎn)到滿足條件的語句執(zhí)行。使用時需要注意。每一個由機器語言實現(xiàn)的測試和跳轉(zhuǎn)僅僅是為了決定下一步要做什么，就把寶貴的處理器時間耗盡。為了提高速度，沒法把具體的情況按照它們發(fā)生的相對頻率排序。換句話說，把最可能發(fā)生的情況放在第一位，最不可能的情況放在最后。 
      (9)將大的switch語句轉(zhuǎn)為嵌套switch語句

      當(dāng)switch語句中的case標(biāo)號很多時，為了減少比較的次數(shù)，明智的做法是把大switch語句轉(zhuǎn)為嵌套switch語句。把發(fā)生頻率高的case 標(biāo)號放在一個switch語句中，并且是嵌套switch語句的最外層，發(fā)生相對頻率相對低的case標(biāo)號放在另一個switch語句中。比如，下面的程序段把相對發(fā)生頻率低的情況放在缺省的case標(biāo)號內(nèi)。          pMsg=ReceiveMessage(); 
          switch (pMsg->type) 
          { 
          case FREQUENT_MSG1: 
          handleFrequentMsg(); 
          break; 
          case FREQUENT_MSG2: 
          handleFrequentMsg2(); 
          break; 
          ...... 
          case FREQUENT_MSGn: 
          handleFrequentMsgn(); 
          break; 
          default:                        //嵌套部分用來處理不經(jīng)常發(fā)生的消息 
          switch (pMsg->type) 
          { 
          case INFREQUENT_MSG1: 
          handleInfrequentMsg1(); 
          break; 
          case INFREQUENT_MSG2: 
          handleInfrequentMsg