C代码优化.docx

1、C代码优化 C代码优化方案 华中科技大学计算机学院姓名： 王全明QQ： 375288012Email：quanming1119目录目录_ 2C代码优化方案_ 41、选择合适的算法和数据结构_ 42、使用尽量小的数据类型_ 53、减少运算的强度_ 5（1）、查表(游戏程序员必修课)_ 5（2）、求余运算_ 6（3）、平方运算_ 6（4）、用移位实现乘除法运算_ 6（5）、避免不必要的整数除法_ 8（6）、使用增量和减量操作符_ 8（7）、使用复合赋值表达式_ 8（8）、提取公共的子表达式_ 94、结构体成员的布局_ 9（1）按数据类型的长度排序_ 10（2）把结构体填充成最长类型长度的整倍数_

2、10（3）按数据类型的长度排序本地变量_ 10（4）把频繁使用的指针型参数拷贝到本地变量_ 115、循环优化_ 12（1）、充分分解小的循环_ 12（2）、提取公共部分_ 13（3）、延时函数_ 13（4）、while循环和dowhile循环_ 14（6）、循环展开_ 14（6）、循环嵌套_ 15（7）、Switch语句中根据发生频率来进行case排序_ 16（8）、将大的switch语句转为嵌套switch语句_ 17（9）、循环转置_ 18（10）、公用代码块_ 19（11）提升循环的性能_ 19（12）、选择好的无限循环_ 206、提高CPU的并行性_ 21（1）使用并行代码_ 21（2

3、）避免没有必要的读写依赖_ 227、循环不变计算_ 238、函数_ 24（1）Inline函数_ 24（2）不定义不使用的返回值_ 24（3）减少函数调用参数_ 24（4）所有函数都应该有原型定义_ 24（5）尽可能使用常量(const)_ 25（6）把本地函数声明为静态的(static)_ 259、采用递归_ 2510、变量_ 25（1）register变量_ 25（2）、同时声明多个变量优于单独声明变量_ 26（3）、短变量名优于长变量名，应尽量使变量名短一点_ 26（4）、在循环开始前声明变量_ 2611、使用嵌套的if结构_ 26C代码优化方案1、选择合适的算法和数据结构选择一种合适的

4、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=arrayt+; for(;) a=*(p+); 。 。 指针方法的优点是，array的地址每次装入

5、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。2、使用尽量小的数据类型能够使用字符型(char)定义的变量，就不要使用整型(int)变量来定义；能够使用整型变量定义的变量就不要用长整型(long int)，能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然，在定义变量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难发现。在ICCAVR中，可以在Options中设定使用printf参数，尽量使用基本型参数(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式说明符)，少用长整型参数(%

6、ld、%lu、%lx和%lX格式说明符)，至于浮点型的参数(%f)则尽量不要使用，其它C编译器也一样。在其它条件不变的情况下，使用%f参数，会使生成的代码的数量增加很多，执行速度降低。3、减少运算的强度（1）、查表(游戏程序员必修课)一个聪明的游戏大虾，基本上不会在自己的主循环里搞什么运算工作，绝对是先计算好了，再到循环里查表。看下面的例子：旧代码： long factorial(int i) if (i = 0) return 1; else return i * factorial(i - 1); 新代码： static long factorial_table = 1， 1， 2， 6，

7、 24， 120， 720 /* etc */ ; long factorial(int i) return factorial_tablei; 如果表很大，不好写，就写一个init函数，在循环外临时生成表格。（2）、求余运算 a=a%8;可以改为： a=a&7;说明：位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C编译器的“%”运算均是调用子程序来完成，代码长、执行速度慢。通常，只要求是求2n方的余数，均可使用位操作的方法来代替。（3）、平方运算 a=pow(a, 2.0);可以改为： a=a*a;说明：在有内置硬件乘法器的单片机中(如51系列)，乘法运算比求平方运算快得多，因为浮点数的求平方是

8、通过调用子程序来实现的，在自带硬件乘法器的AVR单片机中，如ATMega163中，乘法运算只需2个时钟周期就可以完成。既使是在没有内置硬件乘法器的AVR单片机中，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行速度快。如果是求3次方，如： a=pow(a，3。0);更改为： a=a*a*a；则效率的改善更明显。（4）、用移位实现乘除法运算 a=a*4; b=b/4;可以改为： a=a2;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码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。

9、实际上，只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果，如： a=a*9可以改为：a=(a3)+a采用运算量更小的表达式替换原来的表达式，下面是一个经典例子:旧代码: x = w % 8; y = pow(x， 2.0); z = y * 33; for (i = 0;i MAX;i+) h = 14 * i; printf(%d， h); 新代码: x = w & 7; /* 位操作比求余运算快 */ y = x * x; /* 乘法比平方运算快 */ z = (y 5) + y; /* 位移乘法比乘法快 */ for (i = h = 0; i 0)while (*q (*r = a

10、 / *q)*q = (*q + *r) 1；*r = a - *q * *q； 推荐的代码：/ 假设 q != rvoid isqrt(unsigned long a， unsigned long* q， unsigned long* r)unsigned long qq， rr；qq = a；if (a 0)while (qq (rr = a / qq)qq = (qq + rr) 1；rr = a - qq * qq；*q = qq；*r = rr；5、循环优化（1）、充分分解小的循环 要充分利用CPU的指令缓存，就要充分分解小的循环。特别是当循环体本身很小的时候，分解循环可以提高性能。

11、注意:很多编译器并不能自动分解循环。 不好的代码： / 3D转化：把矢量 V 和 4x4 矩阵 M 相乘for (i = 0； i 4； i +)ri = 0；for (j = 0； j 4； j +)ri += Mji*Vj；推荐的代码：r0 = M00*V0 + M10*V1 + M20*V2 + M30*V3；r1 = M01*V0 + M11*V1 + M21*V2 + M31*V3；r2 = M02*V0 + M12*V1 + M22*V2 + M32*V3；r3 = M03*V0 + M13*V1 + M23*V2 + M33*v3；（2）、提取公共部分对于一些不需要循环变量参加运

12、算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init的初始化程序中进行。（3）、延时函数通常使用的延时函数均采用自加的形式： void delay (void) unsigned int i; for (i=0;i0;i-) ; 两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少13个字节，因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。在使用while循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生成的代码更少13个字母。但是在循环

13、中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环有可能使数组超界，要引起注意。（4）、while循环和dowhile循环用while循环时有以下两种循环形式：unsigned int i; i=0; while (i0);在这两种循环中，使用dowhile循环编译后生成的代码的长度短于while循环。（6）、循环展开这是经典的速度优化，但许多编译程序(如gcc -funroll-loops)能自动完成这个事，所以现在你自己来优化这个显得效果不明显。旧代码:for (i = 0; i 100; i+)do_stuff(i);新代码:for (i = 0; i 100; )do_stuff(i

14、); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;可以看出，新代码里比较指令由100次降低为10次，循环时间节约了90%。不过注意:对于中间变量或结果被更改的循环，编译程序往往拒绝展开，(怕担责任呗)，这时候就需要你自己来做展开工作了。还有一点请注意，在有内部指令cache的CPU上(如MMX芯片)，因为循环展开的代码很大，往往cache溢出，这时

15、展开的代码会频繁地在CPU 的cache和内存之间调来调去，又因为cache速度很高，所以此时循环展开反而会变慢。还有就是循环展开会影响矢量运算优化。（6）、循环嵌套把相关循环放到一个循环里，也会加快速度。旧代码:for (i = 0; i MAX; i+) /* initialize 2d array to 0s */ for (j = 0; j MAX; j+) aij = 0.0; for (i = 0; i MAX; i+) /* put 1s along the diagonal */ aii = 1.0; 新代码:for (i = 0; i MAX; i+) /* initiali

16、ze 2d array to 0s */ for (j = 0; j MAX; j+) aij = 0.0; aii = 1.0; /* put 1s along the diagonal */（7）、Switch语句中根据发生频率来进行case排序Switch 可能转化成多种不同算法的代码。其中最常见的是跳转表和比较链/树。当switch用比较链的方式转化时，编译器会产生if-else-if的嵌套代码，并按照顺序进行比较，匹配时就跳转到满足条件的语句执行。所以可以对case的值依照发生的可能性进行排序，把最有可能的放在第一位，这样可以提高性能。此外，在case中推荐使用小的连续的整数，因为在

17、这种情况下，所有的编译器都可以把switch 转化成跳转表。不好的代码： int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；。 switch (days_in_month)case 28:case 29:short_months +；break；case 30:normal_months +；break；case 31:long_months +；break；default:cout month has fewer than 28 or more than 31 days endl；break； 推荐的代码：int days

18、_in_month， short_months， normal_months， long_months；。 switch (days_in_month)case 31:long_months +；break；case 30:normal_months +；break；case 28:case 29:short_months +； break；default:cout month has fewer than 28 or more than 31 days type) case FREQUENT_MSG1: handleFrequentMsg(); break; case FREQUENT_MS

19、G2: handleFrequentMsg2(); break; 。 case FREQUENT_MSGn: handleFrequentMsgn(); break; default: /嵌套部分用来处理不经常发生的消息 switch (pMsg-type) case INFREQUENT_MSG1: handleInfrequentMsg1(); break; case INFREQUENT_MSG2: handleInfrequentMsg2(); break; 。 case INFREQUENT_MSGm: handleInfrequentMsgm(); break; 如果switch中每一种情况下都有很多的工作要做，那么把整个switch语句用一个指向函数指针的表来替换会更加有效，比如下面的switch语句，有三种情况： enum MsgTypeMsg1， Msg2， Msg3 switch (ReceiveMessage() case Msg1; 。 case Msg2; 。 case Msg3; 。 为了提高执行速度，用下面这段代码来替换这个上面的switch语句。 /*准备工作*/ int hand