怎样写出高效的嵌入式C程序

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怎样写出高效的嵌入式C程序

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  怎样写出高效的嵌入式C程序  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。本文就工作中的一些体会和经验做相关的阐述,不对的地方请各位指教。

  第 1 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。

  例如:字符串的赋值。

  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。

  如果系统的实时性要求很高,内存还有一些,那我推荐你使用该招数。该招数的边招--使用宏函数而不是函数。举例如下:

  函数和宏函数的区别就在于,宏函数占用了大量的空间,而函数占用了时间。大家要知道的是,函数调用是要使用系统的栈来保存数据的,如果编译器里有栈检查选项,一般在函数的头会嵌入一些汇编语句对当前栈进行检查;同时,CPU也要在函数调用时保存和恢复当前的现场,进行压栈和弹栈操作,所以,函数调用需要一些CPU时间。而宏函数不存在这个问题。宏函数仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序,不会产生函数调用,所以仅仅是占用了空间,在频繁调用同一个宏函数的时候,该现象尤其突出。

  D方法是我看到的最好的置位操作函数,是 ARM 公司源码的一部分,在短短的三行内实现了很多功能,几乎涵盖了所有的位操作功能。C方法是其变体,其中滋味还需大家仔细体会。

  第 2 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。

  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 Nx(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个乘法、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 3 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。举例台如下:

  在字面上好象 H比G麻烦了好多,但是,仔细查看产生的汇编代码就会明白,方法 G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H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。

  第 4 招:必杀技——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,要求每一个字节都相符。char string1[1024], string2[1024];

  方法 I是最常见的方法,使用了 1024次循环;方法J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,切记。

  这么说教太枯燥了,我们来看一个例子。以一个LED 闪烁的程序为例。

  #include//包含头文件  sbit led=P2^0;//定义位变量led,使其关联单片机管脚P2.0  void Delayms(unsigned int t);//定义延时函数  int main(void)//主函数(C 语言程序入口函数)  {  while(1)  {  led=0;//P2.0 拉低,点亮LED  Delayms(500);//调用延时函数,延时500 毫秒  led=1;//P2.0 拉高,熄灭LED  Delayms(500);//调用延时函数,延时500 毫秒  }  return 0;  }  void Delayms(unsigned int t)//延时函数  {  unsigned int i,j;  for(i=0;ib) c=a+1;  else c=b+1;

  可以看到,使用问号表达式,语句相当简洁,但它的执行效率却很低,远没有if…else 语句效率高。所以,当您的程序要求提高执行速度的话,建议您不要使用问号表达式了。

  另外,do…while 语句也比while 语句的效率高。更多C语言 嵌入式学习可以和李工QQ982288214交流 一起探讨

  代码的效率问题,不是我们编程中的主要问题,除了程序要求较高的执行速度或者单片机的ROM 和RAM 不够用的时候才会考虑。一般情况下,我们不用在乎。如果您一味追求高效率的代码,可能会影响代码的可读性和可维护性。



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