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如何優化C語言代碼

編輯:關於C語言

1、選擇合適的算法和數據結構

應該熟悉算法語言,知道各種算法的優缺點,具體資料請參見相應的參考資料,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、合並排序或根排序代替,都可以大大提高程序執行的效率。.選擇一種合適的數據結構也很重要,比如你在一堆隨機存放的數中使用了大量的插入和刪除指令,那使用鏈表要快得多。數組與指針語句具有十分緊密的關系,一般來說,指針比較靈活簡潔,而數組則比較直觀,容易理解。對於大部分的編譯器,使用指針比使用數組生成的代碼更短,執行效率更高。但是在Keil中則相反,使用數組比使用的指針生成的代碼更短。。

3、使用盡量小的數據類型

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。當然,在定義變量後不要超過變量的作用范圍,如果超過變量的范圍賦值,C編譯器並不報錯,但程序運行結果卻錯了,而且這樣的錯誤很難發現。

在ICCAVR中,可以在Options中設定使用printf參數,盡量使用基本型參數(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式說明符),少用長整型參數(%ld、%lu、%lx和%lX格式說明符),至於浮點型的參數(%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,會使生成的代碼的數量增加很多,執行速度降低。

4、使用自加、自減指令

通常使用自加、自減指令和復合賦值表達式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質量的程序代碼,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“%”運算均是調用子程序來完成,代碼長、執行速度慢。通常,只要求是求2n方的余數,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,因為浮點數的求平方是通過調用子程序來實現的,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,而乘以其它的整數或除以任何數,均調用乘除法子程序。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。實際上,只要是乘以或除以一個整數,均可以用移位的方法得到結果,如:

a=a*9

可以改為:

a=(a<<3)+a

6、循環

(1)、循環語

對於一些不需要循環變量參加運算的任務可以把它們放到循環外面,這裡的任務包括表達式、函數的調用、指針運算、數組訪問等,應該將沒有必要執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:

通常使用的延時函數均采用自加的形式:

void delay (void)
{
unsigned int i;
for (i=0;i<1000;i++)
;
}
將其改為自減延時函數:
void delay (void)
{
unsigned int i;
 for (i=1000;i>0;i--)
 ;
}

兩個函數的延時效果相似,但幾乎所有的C編譯對後一種函數生成的代碼均比前一種代碼少1~3個字節,因為幾乎所有的MCU均有為0轉移的指令,采用後一種方式能夠生成這類指令。在使用while循環時也一樣,使用自減指令控制循環會比使用自加指令控制循環生成的代碼更少1~3個字母。但是在循環中有通過循環變量“i”讀寫數組的指令時,使用預減循環時有可能使數組超界,要引起注意。

(3)while循環和do…while循環

用while循環時有以下兩種循環形式:

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);

在這兩種循環中,使用do…while循環編譯後生成的代碼的長度短於while循環。

7、查表

在程序中一般不進行非常復雜的運算,如浮點數的乘除及開方等,以及一些復雜的數學模型的插補運算,對這些即消耗時間又消費資源的運算,應盡量使用查表的方式,並且將數據表置於程序存儲區。如果直接生成所需的表比較困難,也盡量在啟了,減少了程序執行過程中重復計算的工作量。

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,均有利於優化。

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