1、c语言程序运行速度优化方法谈C语言程序运行速度优化方法谈1、选择适宜的算法和数据构造 选择一种适宜的数据构造很重要,假设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非常亲密的关系,一般来说,指针比较灵敏简洁,而数组那么比较直观,容易理解。对于大局部的编译器,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。下面的代码作用是一样的,但是效率不一样。 数组索引 指针运算 For(;) p=array A
2、=arrayt+; 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。2、使用尽量小的数据类型 可以使用字符型(char)定义的变量,就不要使用整型(int)变量来定义;可以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,假设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
3、printf参数,尽量使用根本型参数(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式说明符),少用长整型参数(%ld、%lu、%lx和%lX格式说明符),至于浮点型的参数(%f)那么尽量不要使用,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,根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
4、 - 1); 新代码: static long factorial_table = 1,1,2,6,24,120,720/* etc */ ; long factorial(int i) return factorial_tablei; 假设表很大,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,而大局部的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
5、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。假设是求3次方,如: a=pow(a,3。0);更改为: a=a*a*a;那么效率的改善更明显。4、用移位实现乘除法运算 a=a*4; b=b/4;可以改为: a=a2;通常假设需要乘以或除以2n,都可以用移位的方法代替。在ICCAVR中,假设乘以2n,都可以生成左移的代码,而乘以其它的整数或除以任何
6、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。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交换原来的表达式,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 (
7、i = h = 0; i 0)while (*q (*r = a / *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
8、别是当循环体本身很小的时候,分解循环可以进步性能。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、提取公共局部 对
9、于一些不需要循环变量参加运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屡次的操作全部集合在一起,放到一个init的初始化程序中进展。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,采用后一种方式可以生成这类指令。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
10、少13个字母。但是在循环中有通过循环变量“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,所以如今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; )d
11、o_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+;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,编译程序往往回绝展开,(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c
12、ache溢出,这时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+) /* in
13、itialize 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展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,并按照顺序进展比较,匹配时就跳转到满足条件的语句执行。所以可以对case的值按照发生的可能性进展排序,把最有可能的放在第一位,这样可以进步性能。此外,在case中推荐使用小的连续的整数
14、,因为在这种情况下,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_in
15、_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_MSG2: hand
16、leFrequentMsg2(); break; 。 case FREQUENT_MSGn: handleFrequentMsgn(); break; default: /嵌套局部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; 假设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交换会更加有效,比方下面的switch语句,有三种情况: enum MsgTypeMsg1,Msg2,Msg3 switch (ReceiveMessage() case Msg1; 。 case Msg2; 。 case Msg3; 。 为了进步执行速度,用下面这段代码来交换这个上面的switch语句。 /*准备工作*/ int handleMsg1(void); int handleMsg2(void); int handleMsg3(void); /*创立一个函数指针数组*/
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