来自公众号:嵌入式ARM 嵌入式开发基本都会选择C语言 这是因为C语言有出色的可移植性 能在多种不同体系结构的软/硬平台上运行 虽然代码的复用性差 代码的维护性差 扩展性很差 但,C语言简洁紧凑 使用灵活的语法机制 并且,C语言具有很高的运行效率 那么如何保证C语言的执行效率? 嵌入式ARM告诉你! 01 C代码执行效率与哪些因素有关 C代码执行效率与时间复杂度和空间复杂度有关: 1、空间复杂度是指算法在计算机内执行时所需存储空间的度量 2、一般情况下,算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数,用T(n)表示,若有某个辅助函数f(n),使得当n趋近于无穷大时,T(n)/f(n)的极限值为不等于零的常数,则称f(n)是T(n)的同数量级函数。 记作T(n)=O(f(n)),称O(f(n))为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。在各种不同算法中,若算法中语句执行次数为一个常数,则时间复杂度为O(1),另外,在时间频度不相同时,时间复杂度有可能相同,如T(n)=n2+3n+4与T(n)=4n2+2n+1它们的频度不同,但时间复杂度相同,都为O(n2)。 按数量级递增排列,常见的时间复杂度有:常数阶O(1),对数阶O(log2n),线性阶O(n),线性对数阶O(nlog2n),平方阶O(n^2),立方阶O(n^3),。。。,k次方阶O(n^k),指数阶O(2^n)。随着问题规模n的不断增大,上述时间复杂度不断增大,算法的执行效率越低。 02 保障C代码执行效率的原则 1、选择合适的算法和数据结构 选择一种合适的数据结构很重要,如果在一堆随机存放的数中使用了大量的插入和删除指令,那使用链表要快得多。数组与指针语句具有十分密切的关系,一般来说,指针比较灵活简洁,而数组则比较直观,容易理解。对于大部分的编译器,使用指针比使用数组生成的代码更短,执行效率更高。 在许多种情况下,可以用指针运算代替数组索引,这样做常常能产生又快又短的代码。与数组索引相比,指针一般能使代码速度更快,占用空间更少。使用多维数组时差异更明显。下面的代码作用是相同的,但是效率不一样。 数组索引 指针运算 For(;;){ p=array A=array[t++]; for(;;){ a=*(p++); 。。。。。。。。。。。。。。。 } } 指针方法的优点是,array的地址每次装入地址p后,在每次循环中只需对p增量操作。在数组索引方法中,每次循环中都必须根据t值求数组下标的复杂运算。 时间复杂度更低、效率更高的算法可以提高执行效率。一个简单的例子,计算1~100这些数的和,可以循环100次,也可以直接使用求和公式,在执行效率上,是显而易见的。 2、代码尽量简洁,避免重复 在10天学会单片机那本书上看到写的数码管显示那部分代码,选中一个位,然后送数据,再选中一个位,再送数据,依次做完。代码重复率太高了,不仅占用过多的类存,而且执行效率差可读性差,仅仅是实现了功能而已,实际的编程可以做一个循环,for循环或者while循环。这样的代码看起来更有水平。 3、合理使用宏定义 在程序中如果某个变量或寄存器经常用到,可以使用宏定义定义一个新的名代替它。这样的好处是方便修改,比如液晶的数据端总线接的P1,现在想改到P0,那么只需要修改宏定义这里就可以了,编译器编译的时候,会自动的把定义的名替换成实际的名称。 函数和宏的区别就在于,宏占用了大量的空间,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。而宏不存在这个问题。宏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的时候,该现象尤其突出。 举例如下: 方法A: #define bwMCDR2_ADDRESS 4#define bsMCDR2_ADDRESS 17int BIT_MASK(int __bf){return ((1U << (bw ## __bf)) - 1)<< (bs ## __bf);}void SET_BITS(int __dst,int __bf, int __val){__dst = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf))) |/(((__val) << (bs ## __bf))& (BIT_MASK(__bf))))}SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS,ReGISterNumber); 方法B: #define bwMCDR2_ADDRESS 4#define bsMCDR2_ADDRESS 17#define bmMCDR2_ADDRESS BIT_MASK(MCDR2_ADDRESS)#define BIT_MASK(__bf)(((1U << (bw ## __bf)) - 1)<< (bs ## __bf))#define SET_BITS(__dst, __bf, __val)/((__dst) = ((__dst) & ~(BIT_MASK(__bf)))| /(((__val) << (bs ## __bf))& (BIT_MASK(__bf))))SET_BITS(MCDR2, MCDR2_ADDRESS,RegisterNumber); B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。A方法是其变体,其中滋味还需大家仔细体会。 4、以空间换取时间 程序的复杂度包含时间复杂度和空间复杂度,而随着计算机硬件的发展,渐渐放低了对空间复杂度的要求,在很多情况下,为了换取程序的执行效率,牺牲计算机的空间。比如字符串的相关操作、使用缓存技术等。 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 32char string1 [LEN];memset (string1,0,LEN);strcpy (string1,"This is…