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1、c语言优化C语言常规优化策略从理论上讲，程序的优化一般分为局部优化、循环优化和全局优化三个层次。所谓局部优化，重点在于删除程序中的无用赋值，利用语言的特性对基本赋值语句优化，局部优化一般不宜过多采用，但如果程序中总是有一些无效赋值或没有引用的变量，这可能给别人造成幼稚的印象；循环优化和全局优化往往能大幅提升程序效率，因此有关的技术对于高质量的程序设计是至关重要的。本文讨论C语言程序常规优化策略，其重点在于局部优化和循环优化，包括赋值语句优化、条件语句优化、各类循环优化策略、参数传递、全局变量及宏的使用等内容，其中避免乘、除运算及浮点运算的方法是非常巧妙的。这些方法均为程序员广泛熟知并采用，这里

2、，仅仅将它们收集在一起以备大家参考。当然，各种优化策略的使用应具备时机，并遵循程序开发的基本准则。例如，对于循环优化，很多成熟的编译器均有十分全面的处理，非特别影响效率的代码段，一般不必考虑，而全局变量的采用往往会带来很多不良的副作用，一般也不宜采用。1、赋值语句优化1.1避免无用赋值在代码中，若一个变量经赋值后在后面语句的执行过程中不再引用，则这一赋值语句就称为无用赋值。且看下面杜撰的代码段int DoSmth(int x)int y, z;if (x=0)x=x;elsex=-x;y=3;z=f(x);return z;其中y=3为无用赋值语句，可以删除，而x=x语句是为了填补条件语句中条

3、件成功分支的空缺，同样是无用的赋值。在这种情况下，可以直接删除该语句，只保留一个分号作为空语句标识，如果为醒目起见，则可用null来代替。下面给出修改后的代码段int DoSmth(int x)int z;if (x=0)null;elsex=-x;z=f(x);return z;当然程序可以采用更佳的结构以驱除null语句：int DoSmth(int x)if (x0)x=-x;return f(x);但有时代码中为了保持逻辑上的完整性,或者出于理解代码的原因，有时会出现空语句，建议采用null的写法以警醒自己或其它人。在C程序中，无效的变量声明应当从程序中删除，当出现无效的变量声明时，编

4、译器一般会用“没有引用的变量”来警告你。1.2合并已知量我们要计算两点之间的距离，相应的点结构及代码的如下：typedef struct tagPointdouble x,y;Point; double Dist(Point P1, Point P2)return sqrt(P1.x-P2.x)* (P1.x-P2.x)+(P1.y-P2.y) (P1.y-P2.y);代码中, P1.x-P2.x,P1.y-P2.y均计算两次,如果我们将一次计算的结果保留下来,就可以减少相应的操作次数double Dist(Point P1, Point P2)double xDelta= P1.x-P2.x

5、;double yDelta= P1.y-P2.y;return sqrt(xDelta*xDelta+yDelta*yDelta);程序设计中还存在一种现象,为了方便,我们通常定义一系列常量,在代码中会反复引用这些常量,例如下面的代码中定义了一个圆周率常量,并在圆周长的计算中出现对它的引用#define PI3.1416double Circum(double r)return 2.0*PI*r;我们可以将常量PI与2.0的计算事先进行合并，以提高Circum函数运算效率#define PI3.1416#define TwoPI 6.2832 double Circum(double r)r

6、eturn TwoPI*r;1.3避免乘法在C程序中，由于加减运算与位运算一般比乘法快2到10倍，大部分程序员在乘法中出现2的整数次幂(2、4、8、16等)时，往往愿意将乘法操作改造成位操作以提高效率。以z=8x+y为例，多数C程序员会将其写成如下的代码z=(x3)+y;其中将x右移3位其效果等同于乘8，例如：x=19表示成二进制形式为：0000000000010011右移3位变成0000000010011000其值为152。有时，当乘数不是2的整数幂时，出于需要,我们可以根据乘数的二进制表示,将乘法改变成二进制乘法，进一步用移位和加法操作来代替乘法，例如我们要计算z=5x，由于5=4+1，其

7、中1和4均为2的整数次幂，从而z=5x可以表示成z=4x+x，相应的语句为 z=(x2)+x;这一转换通常称为二进制乘法。二进制乘法在计算机图形图象处理中经常采用，例如，对于640X480的显示屏，一般在计算机内有一块相应的显示缓冲区来保存相应的屏幕元素，我们可以用一个480行,640列的二维数组VideoBuf来指示该缓冲区。屏幕的显示是通过向缓冲区填写数据(颜色或其索引值)而实现的，假设我们要向x列、y行设置一个值color，相应的程序为：void PlotPixel(int x, int y, int color)*(VideoBuf+(long)640*y+x)=color;Video

8、Buf为一全局变量，不作为函数的参量来传递。根据二进制乘法，由640=512+128，可将PlotPixel函数改进为void PlotPixel(int x, int y, int color)/ 640y=512y+128y=(y2)+y)7*(VideoBuf+(long)(y2)+y)7)+x)=color;有两点值得指出：(1)二进制乘法会改变程序的可读性，因此，有必要在程序中用注释段说明你的思想。在改进后的PlotPixel函数中用相应的注释指出了此处二进制乘法的原理。(2)移位运算比”十”、”一”运简优先级要低，因此，在计算z=8x+y时，切不可写成z=x3)+y;其中x、y、z

9、均为整数。对于除数不是2的整数幂的情况，没有一种适当的方法将除法改进为二进制除法。通常的做法有两种：(1) 将x/y转换为x*(1.0/y)，一般来说求倒数比除法快；(2) 对除数进行规范化，将其变成2的整数幂，然后进行后续处理。例如给定两个整型数组u、v，其维数均为n，我们要将u、v对应元素进行调配以生成一个新的数组w，设r为调配比例，调配公式为wi=rui+(1-r)vi其中r在0、1之间。在程序实现时，调配比例一般为百分比数值，即用户输入一个百分比Ratio，相应地r=Ratio/100。下面是两个数组进行调配的程序：void (int *w, int *u, int *v, int n

10、, int Ratio)inti;for (i=0; in; i+) wi = (Ratio*ui+(100-Ratio)*vi)/100;为了提高效率，我们可将比值Ratio规范化为0128这一范围，记R=Ratio*128/100，相应的调配公式为wi = (R*ui+(128-R)*vi)/128改进后的程序为：void (int *w, int *u, int *v, int n, int Ratio)inti;for (i=0; i7)+vi;为什么不对传入的Ratio参数直接进行限制，将其规范为0128呢?这是因为Ratio由用户输入，在用户界面的设计时，参数的意义应适合用户的习惯

11、，在本问题中，让用户输入一个百分比值当然比输入一个0128之间的数要直观得多。1.5避免浮点运算C语言中的浮点型float及双精度浮点型double运算比短整型，整型、长整型运算要慢得多，因此避免浮点运算就非常有必要。在上面避免除法运算的函数调配例子中，已经使用到了避免浮点运算的策略，百分比在通常情况下只能用一个浮点数表示，而我们将其表示为整数Ratio与100之比。1.5.1中点线算法避免浮点运算的一个经典例子为Bresenhem的画线算法，直线用两点(x1,y1), (x2,y2)刻划，且要求x1x2，直线的斜率在0, 1之间. 通常的程序为：void PlotLine(int x1, i

12、nt y1, int x2, int y2, int color)float m,y,b;/ m为斜率，b为截距int x, dx, dy; dx=x2-x1;dy=y2-y1;m=(float)dy/(float)dx;b=(float)(x2*y1-x1*y2)/(float)dx;for (x=x1; x=x2; x+)y=m*x+b;PlotPixel(x, (int)(y+0.5), color);朴素算法存在两个缺点：(1) 涉及浮点操作，画线速度有限；(2) (int)(y+0.5)为取与y最接近的整数，这将导致精度和时间的损失。Brensenham提出了一种避开浮点运算的画线算

13、法，但Brensenham的思想讨论起来比较麻烦，这里我们采用Pitteway和Van Aken等采用的中点技术。中点技术从理论上来讲与Brensenham的技术是一致的，特别是在实际画线过程中，两者产生相同的结果。同朴素画线算法一样，我们限制0m1，其它情况的画线算法可以对称地推出，m=0,1等特殊情况的处理也非常容易。假定直线左下角顶点为(x1,y1)，右上角顶点为(x2,y2)，对于过这两点的直线可以表示为： | x y 1 | | x1 y1 1 | =0 | x2 y2 1 |或者(y2-y1)x-(x2-x1)y+(x2y1-x1y2)=0记F(x,y)=(y2-y1)x-(x2-

14、x1)y+(x2y1-x1y2)直线F(x,y)=0将平面划分成三个部分 P2 F(x,y)0 * P1 *中点线算法的基本思想为：(1) 先画P1点;(2) 判断P1点右边或右上方的两个点E及NE中哪一个离直线更近，判断方法是确定NE和E的中点M在直线P1P2所确定的三个区域的哪一个内，这时有三种情况：(i) F(M)=0, E、NE与直线距离相等，因此可任选一个作为直线上一点，通常我们取右边的点E；(ii) F(M)0，说明M在直线下方，NE离直线更近，选 NE作为下一顶点。其中F(M)=(x1+1)dy-(y1+0.5)dx+(x1y2-x2y1), 为避开0.5，可用2F(M)作为判别

15、条件。(3) 更一般，在第p步我们得到直线上一点P(xp, yp)后，下一步(xp+1, yp+1)怎么选取呢?候选的点只能是P的右点E或右上方的点NE，原因在于直线通过x=xp时，交点(xp, yp满足yp-1/2yp=yp+1/2而xp+1=xp+1, 直线与x=xp+1的交点确定了yp+1的范围为yp-1/2yp+1yp+3/2因为yp+1=mxp+1+b=(mxp+b)+m=yp+m即yp+1只能取yp或yp+1.至于具体取E或NE，可由(2)中介绍的中点技术确定，由此得到中点线算法：void MidpointLine (int x1, int y1, int x2, int y2,

16、int color) int dx=x2-x1;int dy=y2-y1;int x, y, F;x=x1;y=y1;PlotPixel(x,y,color);while (xx2)F=2*(x+1)*dy-(2*y+1)*dx+2*(x1*y2-x2*y1);x+;if (F=0) y+;PlotPixel(x,y,color);需要指出的是：朴素画线算法及中点线算法均可以进一步改进，相应的技术可参考循环优化部分。1.5.2定点数算术若我们在计算中需要用到实数运算，但又不太关心实数的精度时，可以采用一种称之为定点数的算术。预先声明：C语言中没有定点数，它是我们人为造出来的一类数。一般地，我们

17、用一个长整数来表示一个定点数，其前24位表示整数部分，后8位表示小数部分，根据问题的需要可设计相应的定点数。这样，一个长整数类型的数就被重命名为定点数：typedef long fixed;下面讨论定点数的赋值及算术运算，我们可以将一个整型数、浮点数或一个双精度型数赋给一个定点型变量，相应的形式为fixed AssignInt (int x)return (fixed)x8; fixed AssignLong (long x) return (fixed)(x8);右移8位(除256)的理由在于：设任一定点数x的整数部分为Ix，小数部分为Fx，则x=256 (Ix+Fx/256)两个定点数乘法

18、是为了模拟它们所对应的实数乘法，设两个实数为x，y，它们对应的定点数为x,yxy=(Ix+Fx/256)(Iy+Fy/256) =IxIy+(IxFy+FxIy)/256+FxFy/(256*256)而xy的定点数表示为256IxIy+IxFy+FxIy+FxFy/256可以看到xy与xy的定点数表示之间相差256倍，这就是移8位原因所在。定点数及其定点数表示相互转化方式为fixed trans2fixed (int u, int v)/u,v为定点数x的整数部分和小数部分return (fixed)u8);*v=(int)x&255;相应地可以设计打印定点数的程序。上面对定点数算术的讨论均以

19、函数形式进行，在实际使用中，为提高效率, 可利用定点算术的思想直接进行相应的运算，例如我们要完成两个定点数17.28及9.64的一系列运算，相应的代码为void dosmth()int Ix=17, Fx=28;int Iy=9, Fy=64;fixedx, y, z1, z2;x=(fixed)Ix8)+Fx;y=(fixed)Iy8;/ z2为17.8*9.64的定点表示z=z1-z2;/ z为17.28+9.64-17.28*9.64的定点表示printf(“x=%d.%d”, (int)(x8), (int)x&255);printf(“y=%d.%d”, (int)(y8), (in

20、t)y&255);printf(“x+y-xy=%d.%d”, (int)(z8), (int)z&255);关于定点数算术还有两问题需要讨论：(1) 定点数的精度较低，只能精确表示十进制2位小数。(2) 为了保证定点数运算不发生溢出，必须要求每一个参予运算的数不能太大，这就引出了定点数最大能表示多大的数的问题。理论上来说，一个定点数最大能表示(231-1)/256，但由于加减及乘法运算可能导致溢出，因此最大的数应控制在一定范围内，例如，若x为一定点数，则要保证x*x=(231-1)/256，必须x=28938。2条件语句优化2.1多分枝条件语句优化多分枝条件语句一般采用switch语句，这样

21、的程序无论从清晰性和效率上都比原来的程序要好。例如下面的函数采用三种函数形式分别计算x在Alpha,Beta和Gamma处的值，通常的写法为：int f(int x)int y;if (x=Alpha)y=f1(x);else if (x=Beta)y=f2(x);else if (x=Gamma)y=f3(x);return y;采用switch语句可写成：int f (int x)int y;switch (x)case Alpha: y=f1(x); break;case Beta: y=f2(x); break;case Gamma: y=f3(x); break;return y;值

22、得指出的是,在多分支条件语句不能改造成语句时,我们一般采用紧缩的写法,例如我们要计算下面的分段函数值f(x)= f1(x) x=Alphaf2(x) Alpha x=Betaf3(x)Betax=Gammaf4(x)Gammax 紧缩的写法为int f(int x)int y;if (x=Alpha) y=f1(x);else if (x=Beta) y=f2(x);else if (xc(1)b+ca(2)c+ab(3)一般来说，只要有了上述三个条件，我们不必再强调a、b、c0，这些条件已经蕴含在上述三个条件中，如由(1)、(3)左、右两边分别相加化简后就可以得到a0。由此得到三角形测试问题

23、求解的第一个程序：typedefintBOOL;#define TRUE1#define FALSE0Bool IsTriangle(int a, int b, int c)if (a+bc & b+ca & c+ab)return TRUE;return FALSE;上述程序没有考虑计算溢出问题，因为a+b，b+c和c+a均可能超过一个整数的范围。为避免计算溢出，可采用长整数算术运算和比较运算，但必须考虑到机器中的长整数必须比整数的表示范围要大才行。例如在Windows 95中采用Visual C+编程时，整数和长整数均为32位，如果是这样，这种改造就没意义了。相应代码为：Bool IsTr

24、iangle(int a, int b, int c)if (long)a+(long)b(long)c & (long)b+(long)c(long)a & (long)c+(long)a(long)b)return TRUE;return FALSE;这一代码的使用是绝对安全的，唯一的问题是采用长整数算术与比较将会降低效率。如果我们要绕过长整数算术，同时又要保证代码的安全，可以对判断条件进行变换，例如，虽然三个加法会导致溢出，但只要a,b,c0，c-b，b-a，a-c却不会产生溢出，因此可将条件(1)、(2)、(3)改变为相应的代码为：Bool IsTriangle(int a, int

25、b, int c)if (a0 & b0 & c0 & ac-b & ba-c & cb-a)return TRUE;return FALSE;代码中显示地加入了a,b,c0测试，而在逻辑上由条件(4)、(5)、(6)是能蕴含这一结论的，这是否冗余的操作呢?只要注意到计算机内的算术操作受限于表示精度，同一般意义下的算术操作存在根本的差别，我们就知道这三个条件不能省略，否则可能导致减法的溢出，如a=b=-32000，整数为16位字长表示时就能明白。但在这一具体例子中，能否构造出满足条件(4)、(5)、(6)的整数a、b、c，而它们不全是正整数，有兴趣的读者可以一试。至此，我们给出了三角形测试的三个版本，应该说三个版本都不能令人完全满意。为了照顾到代码的安全性和效率，判断条件变得越来越复杂了。下面我们就给出一个更复杂的版本，可是在这两个方面都能令人愉快，从这一例子中得到的经验是：有时一个简单的