C/C++：編寫高效C語言的四大絕招

C語言是很多程序猿的入門語言，而且C語言也是一門用不過時(shí)的語言。編寫高效簡潔的C語言代碼，是許多軟件工程師追求的目標(biāo)。今天傳智播客C/C++培訓(xùn)專家針對編程工作中的一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)給大家做相關(guān)的闡述。

第一招：以空間換時(shí)間

計(jì)算機(jī)程序中最大的矛盾是空間和時(shí)間的矛盾，那么，從這個(gè)角度出發(fā)逆向思維來考慮程序的效率問題，我們就有了解決問題的第1招--以空間換時(shí)間。比如說字符串的賦值：

方法A：通常的辦法

#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 ;

從上面的例子可以看出，A和B的效率是不能比的。在同樣的存儲(chǔ)空間下，B直接使用指針就可以操作了，而A需要調(diào)用兩個(gè)字符函數(shù)才能完成。B的缺點(diǎn)在于靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個(gè)字符串內(nèi)容的時(shí)候，A具有更好的靈活性;如果采用方法B，則需要預(yù)存許多字符串，雖然占用了大量的內(nèi)存，但是獲得了程序執(zhí)行的高效率。

第二招：數(shù)學(xué)方法解決問題

現(xiàn)在我們演繹高效C語言編寫的第二招--采用數(shù)學(xué)方法來解決問題。數(shù)學(xué)是計(jì)算機(jī)之母，沒有數(shù)學(xué)的依據(jù)和基礎(chǔ)，就沒有計(jì)算機(jī)的發(fā)展，所以在編寫程序的時(shí)候，采用一些數(shù)學(xué)方法會(huì)對程序的執(zhí)行效率有數(shù)量級(jí)的提高。舉例如下，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;

這個(gè)例子是我印象最深的一個(gè)數(shù)學(xué)用例，是我的計(jì)算機(jī)啟蒙老師考我的。當(dāng)時(shí)我只有小學(xué)三年級(jí)，可惜我當(dāng)時(shí)不知道用公式 N×(N+1)/ 2 來解決這個(gè)問題。方法E循環(huán)了100次才解決問題，也就是說最少用了100個(gè)賦值，100個(gè)判斷，200個(gè)加法(I和j);而方法F僅僅用了1個(gè)加法，1 次乘法，1次除法。效果自然不言而喻。所以，現(xiàn)在我在編程序的時(shí)候，更多的是動(dòng)腦筋找規(guī)律，最大限度地發(fā)揮數(shù)學(xué)的威力來提高程序運(yùn)行的效率。

第三招：使用位操作

實(shí)現(xiàn)高效的C語言編寫的第三招——使用位操作。減少除法和取模的運(yùn)算。在計(jì)算機(jī)程序中數(shù)據(jù)的位是可以操作的最小數(shù)據(jù)單位，理論上可以用"位運(yùn)算"來完成所有的運(yùn)算和操作。一般的位操作是用來控制硬件的，或者做數(shù)據(jù)變換使用，但是，靈活的位操作可以有效地提高程序運(yùn)行的效率。舉例如下：

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麻煩了好多，但是，仔細(xì)查看產(chǎn)生的匯編代碼就會(huì)明白，方法E調(diào)用了基本的取模函數(shù)和除法函數(shù)，既有函數(shù)調(diào)用，還有很多匯編代碼和寄存器參與運(yùn)算;而方法F則僅僅是幾句相關(guān)的匯編，代碼更簡潔，效率更高。當(dāng)然，由于編譯器的不同，可能效率的差距不大，但是，以我目前遇到的MS C ,ARM C 來看，效率的差距還是不小。相關(guān)匯編代碼就不在這里列舉了。

運(yùn)用這招需要注意的是，因?yàn)镃PU的不同而產(chǎn)生的問題。比如說，在PC上用這招編寫的程序，并在PC上調(diào)試通過，在移植到一個(gè)16位機(jī)平臺(tái)上的時(shí)候，可能會(huì)產(chǎn)生代碼隱患。所以只有在一定技術(shù)進(jìn)階的基礎(chǔ)下才可以使用這招。

用移位實(shí)現(xiàn)乘除法運(yùn)算

a=a*4;

b=b/4;

可以改為：

a=a<<2;

b=b>>2;

說明：

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編譯器,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。

第四招：匯編嵌入

高效C語言編程的必殺技，第四招——嵌入?yún)R編。"在熟悉匯編語言的人眼里，C語言編寫的程序都是垃圾"。這種說法雖然偏激了一些，但是卻有它的道理。匯編語言是效率最高的計(jì)算機(jī)語言，但是，不可能靠著它來寫一個(gè)操作系統(tǒng)吧?所以，為了獲得程序的高效率，我們只好采用變通的方法--嵌入?yún)R編，混合編程。舉例如下，將數(shù)組一賦值給數(shù)組二,要求每一字節(jié)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是最常見的方法，使用了1024次循環(huán);方法H則根據(jù)平臺(tái)不同做了區(qū)分，在ARM平臺(tái)下，用嵌入?yún)R編僅用128次循環(huán)就完成了同樣的操作。這里有朋友會(huì)說，為什么不用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存拷貝函數(shù)呢?這是因?yàn)樵谠磾?shù)據(jù)里可能含有數(shù)據(jù)為0的字節(jié)，這樣的話，標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)會(huì)提前結(jié)束而不會(huì)完成我們要求的操作。這個(gè)例程典型應(yīng)用于LCD數(shù)據(jù)的拷貝過程。根據(jù)不同的CPU，熟練使用相應(yīng)的嵌入?yún)R編，可以大大提高程序執(zhí)行的效率。

雖然是必殺技，但是如果輕易使用會(huì)付出慘重的代價(jià)。這是因?yàn)?，使用了嵌入?yún)R編，便限制了程序的可移植性，使程序在不同平臺(tái)移植的過程中，臥虎藏龍，險(xiǎn)象環(huán)生!同時(shí)該招數(shù)也與現(xiàn)代軟件工程的思想相違背，只有在迫不得已的情況下才可以采用。

今天分享到這里，大家有遇到什么問題可以向“傳智播客C/C++培訓(xùn)專家”留言哦！

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作者：黑馬程序員C/C++培訓(xùn)學(xué)院

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