C語(yǔ)言編程---性能優(yōu)化

使用宏定義

　　在C語(yǔ)言中，宏是產(chǎn)生內嵌代碼的唯一方法。對于嵌入式系統而言，為了能達到性能要求，宏是一種很好的代替函數的方法。

　　寫(xiě)一個(gè)"標準"宏MIN ，這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數并返回較小的一個(gè)：

　　錯誤做法：

#define MIN(A,B) 　( A <= B ? A : B )

　　正確做法：

#define MIN(A,B) （（A）<= (B) ? (A) : (B) )

　　對于宏，我們需要知道三點(diǎn)：

　　(1)宏定義"像"函數；

　　(2)宏定義不是函數，因而需要括上所有"參數"；

　　(3)宏定義可能產(chǎn)生副作用。

　　下面的代碼：

least = MIN(*p++, b);

　　將被替換為：

( (*p++) <= (b) ?(*p++):(b) )

　　發(fā)生的事情無(wú)法預料。

　　因而不要給宏定義傳入有副作用的"參數"。

　　使用寄存器變量

　　當對一個(gè)變量頻繁被讀寫(xiě)時(shí)，需要反復訪(fǎng)問(wèn)內存，從而花費大量的存取時(shí)間。為此，C語(yǔ)言提供了一種變量，即寄存器變量。這種變量存放在CPU的寄存器中，使用時(shí)，不需要訪(fǎng)問(wèn)內存，而直接從寄存器中讀寫(xiě)，從而提高效率。寄存器變量的說(shuō)明符是register。對于循環(huán)次數較多的循環(huán)控制變量及循環(huán)體內反復使用的變量均可定義為寄存器變量，而循環(huán)計數是應用寄存器變量的最好候選者。

　　(1) 只有局部自動(dòng)變量和形參才可以定義為寄存器變量。因為寄存器變量屬于動(dòng)態(tài)存儲方式，凡需要采用靜態(tài)存儲方式的量都不能定義為寄存器變量，包括：模塊間全局變量、模塊內全局變量、局部static變量；

　　(2) register是一個(gè)"建議"型關(guān)鍵字，意指程序建議該變量放在寄存器中，但最終該變量可能因為條件不滿(mǎn)足并未成為寄存器變量，而是被放在了存儲器中，但編譯器中并不報錯（在C++語(yǔ)言中有另一個(gè)"建議"型關(guān)鍵字：inline）。

　　下面是一個(gè)采用寄存器變量的例子：

/* 求1+2+3+….+n的值 */ WORD Addition(BYTE n) { 　register i,s=0; 　for(i=1;i<=n;i++) 　{ 　　s=s+i; 　} 　return s; }

　　本程序循環(huán)n次，i和s都被頻繁使用，因此可定義為寄存器變量。

　　內嵌匯編

　　程序中對時(shí)間要求苛刻的部分可以用內嵌匯編來(lái)重寫(xiě)，以帶來(lái)速度上的顯著(zhù)提高。但是，開(kāi)發(fā)和測試匯編代碼是一件辛苦的工作，它將花費更長(cháng)的時(shí)間，因而要慎重選擇要用匯編的部分。

　　在程序中，存在一個(gè)80-20原則，即20%的程序消耗了80%的運行時(shí)間，因而我們要改進(jìn)效率，最主要是考慮改進(jìn)那20%的代碼。

　　嵌入式C程序中主要使用在線(xiàn)匯編，即在C程序中直接插入_asm{ }內嵌匯編語(yǔ)句：

/* 把兩個(gè)輸入參數的值相加，結果存放到另外一個(gè)全局變量中 */ int result; void Add(long a, long *b) { 　_asm 　{ 　　MOV AX, a 　　MOV BX, b 　　ADD AX, [BX] 　　MOV result, AX 　} }

　　利用硬件特性

　　首先要明白CPU對各種存儲器的訪(fǎng)問(wèn)速度，基本上是：

CPU內部RAM　>　外部同步RAM　>　外部異步RAM　>　FLASH/ROM

　　對于程序代碼，已經(jīng)被燒錄在FLASH或ROM中，我們可以讓CPU直接從其中讀取代碼執行，但通常這不是一個(gè)好辦法，我們最好在系統啟動(dòng)后將FLASH或ROM中的目標代碼拷貝入RAM中后再執行以提高取指令速度；

　　對于UART等設備，其內部有一定容量的接收BUFFER，我們應盡量在BUFFER被占滿(mǎn)后再向CPU提出中斷。例如計算機終端在向目標機通過(guò)RS-232傳遞數據時(shí)，不宜設置UART只接收到一個(gè)BYTE就向CPU提中斷，從而無(wú)謂浪費中斷處理時(shí)間；

　　如果對某設備能采取DMA方式讀取，就采用DMA讀取，DMA讀取方式在讀取目標中包含的存儲信息較大時(shí)效率較高，其數據傳輸的基本單位是塊，而所傳輸的數據是從設備直接送入內存的（或者相反）。DMA方式較之中斷驅動(dòng)方式，減少了CPU 對外設的干預，進(jìn)一步提高了CPU與外設的并行操作程度。

　　活用位操作

　　使用C語(yǔ)言的位操作可以減少除法和取模的運算。在計算機程序中數據的位是可以操作的最小數據單位，理論上可以用"位運算"來(lái)完成所有的運算和操作，因而，靈活的位操作可以有效地提高程序運行的效率。舉例如下：

/* 方法1 */ int i,j; i = 879 / 16; j = 562 % 32; /* 方法2 */ int i,j; i = 879 >> 4; j = 562 - (562 >> 5 << 5);

　　對于以2的指數次方為"*"、"/"或"%"因子的數學(xué)運算，轉化為移位運算"<< >>"通?？梢蕴岣咚惴ㄐ?。因為乘除運算指令周期通常比移位運算大。

　　C語(yǔ)言位運算除了可以提高運算效率外，在嵌入式系統的編程中，它的另一個(gè)最典型的應用，而且十分廣泛地正在被使用著(zhù)的是位間的與（&）、或（|）、非（~）操作，這跟嵌入式系統的編程特點(diǎn)有很大關(guān)系。我們通常要對硬件寄存器進(jìn)行位設置，譬如，我們通過(guò)將AM186ER型80186處理器的中斷屏蔽控制寄存器的第低6位設置為0（開(kāi)中斷2），最通用的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040 wTemp = inword(INT_MASK); outword(INT_MASK, wTemp &~INT_I2_MASK);

　　而將該位設置為1的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040 wTemp = inword(INT_MASK); outword(INT_MASK, wTemp | INT_I2_MASK);

　　判斷該位是否為1的做法是：

#define INT_I2_MASK 0x0040 wTemp = inword(INT_MASK); if(wTemp & INT_I2_MASK) { … /* 該位為1 */ }

　　上述方法在嵌入式系統的編程中是非常常見(jiàn)的，我們需要牢固掌握。

　　總結

　　在性能優(yōu)化方面永遠注意80-20準備，不要優(yōu)化程序中開(kāi)銷(xiāo)不大的那80%，這是勞而無(wú)功的。

　　宏定義是C語(yǔ)言中實(shí)現類(lèi)似函數功能而又不具函數調用和返回開(kāi)銷(xiāo)的較好方法，但宏在本質(zhì)上不是函數，因而要防止宏展開(kāi)后出現不可預料的結果，對宏的定義和使用要慎而處之。很遺憾，標準C至今沒(méi)有包括C++中inline函數的功能，inline函數兼具無(wú)調用開(kāi)銷(xiāo)和安全的優(yōu)點(diǎn)。

　　使用寄存器變量、內嵌匯編和活用位操作也是提高程序效率的有效方法。

　　除了編程上的技巧外，為提高系統的運行效率，我們通常也需要最大可能地利用各種硬件設備自身的特點(diǎn)來(lái)減小其運轉開(kāi)銷(xiāo)，例如減小中斷次數、利用DMA傳輸方式等。