怎樣寫出高效的嵌入式C程序

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。本文就工作中的一些體會和經驗做相關的闡述，不對的地方請各位指教。

第1 招：以空間換時間

計算機程序中最大的矛盾是空間和時間的矛盾，那麼從這個角度出發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--以空間換時間。

例如：字符串的賦值。

從上面的例子可以看出，A和B的效率是不能比的。在同樣的存儲空間下，B直接使用指針就可以操作了，而A 需要調用兩個字符函數才能完成。B的缺點在於靈活性沒有A好。在需要頻繁更改一個字符串內容的時候，A 具有更好的靈活性；如果採用方法B，則需要預存許多字符串，雖然佔用了大量的內存，但是獲得了程序執行的高效率。

如果系統的實時性要求很高，內存還有一些，那我推薦你使用該招數。該招數的邊招--使用宏函數而不是函數。舉例如下：

函數和宏函數的區別就在於，宏函數佔用了大量的空間，而函數佔用了時間。大家要知道的是，函數調用是要使用系統的棧來保存數據的，如果編譯器裏有棧檢查選項，一般在函數的頭會嵌入一些彙編語句對當前棧進行檢查；同時，CPU也要在函數調用時保存和恢復當前的現場，進行壓棧和彈棧操作，所以，函數調用需要一些CPU時間。而宏函數不存在這個問題。宏函數僅僅作為預先寫好的代碼嵌入到當前程序，不會產生函數調用，所以僅僅是佔用了空間，在頻繁調用同一個宏函數的時候，該現象尤其突出。

D方法是我看到的最好的置位操作函數，是ARM 公司源碼的一部分，在短短的三行內實現了很多功能，幾乎涵蓋了所有的位操作功能。C方法是其變體，其中滋味還需大家仔細體會。

第2 招：數學方法解決問題

現在我們演繹高效C 語言編寫的第二招--採用數學方法來解決問題。數學是計算機之母，沒有數學的依據和基礎，就沒有計算機的發展，所以在編寫程序的時候，採用一些數學方法會對程序的執行效率有數量級的提高。

舉例如下，求1～100 的和。

這個例子是我印象最深的一個數學用例，是我的計算機啟蒙老師考我的。當時我只有國小三年級，可惜我當時不知道用公式Nx(N+1)/2來解決這個問題。方法E 循環了100次才解決問題，也就是説最少用了100個賦值、100個判斷、200個加法(I和j)；而方法F僅僅用了1 個加法、1個乘法、1 次除法。效果自然不言而喻。所以，現在我在編程序的時候，更多的'是動腦筋找規律，最大限度地發揮數學的威力來提高程序運行的效率。

第3 招：使用位操作

實現高效的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”來完成所有的運算和操作。一般的位操作是用來控制硬件的，或者做數據變換使用，但是，靈活的位操作可以有效地提高程序運行的效率。舉例如下：

在字面上好象H比G麻煩了好多，但是，仔細查看產生的彙編代碼就會明白，方法G調用了基本的取模函數和除法函數，既有函數調用，還有很多彙編代碼和寄存器參與運算；而方法

H則僅僅是幾句相關的彙編，代碼更簡潔、效率更高。當然，由於編譯器的不同，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。相關彙編代碼就不在這裏列舉了。運用這招需要注意的是，因為CPU 的不同而產生的問題。比如説，在PC 上用這招編寫的程序，並在PC 上調試通過，在移植到一個16位機平台上的時候，可能會產生代碼隱患。所以只有在一定技術進階的基礎下才可以使用這招。

第4 招：必殺技——嵌入彙編

“在熟悉彙編語言的人眼裏，C語言編寫的程序都是垃圾”。這種説法雖然偏激了一些，但是卻有它的道理。彙編語言是效率最高的計算機語言，但是，不可能靠着它來寫一個操作系統吧？所以，為了獲得程序的高效率，我們只好採用變通的方法--嵌入彙編、混合編程。

舉例如下，將數組一賦值給數組二，要求每一個字節都相符。char string1[1024], string2[1024];

方法I是最常見的方法，使用了1024次循環；方法J則根據平台不同做了區分，在ARM 平台下，用嵌入彙編僅用128次循環就完成了同樣的操作。這裏有朋友會説，為什麼不用標準的內存拷貝函數呢？這是因為在源數據裏可能含有數據為0 的字節，這樣的話，標準庫函數會提前結束而不會完成我們要求的操作。這個例程典型應用於LCD數據的拷貝過程根據不同的CPU，熟練使用相應的嵌入彙編，可以大大提高程序執行的效率。