前沿拓展：

iccavr win10

就是有個帶符號字符的指針內(nèi)容是const，說明這來自個指針指向的內(nèi)容不能被修改，而程序需要一個可以被修改內(nèi)容的char *. 原因可能是你傳了字符串常量給函數(shù)

1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結構

選擇一種合適的數(shù)據(jù)結構很重要，如果在一堆隨機存放的數(shù)中使用了大量的插入和刪除指令，那使用鏈表要快得多。數(shù)組與指針語句具有十分密切的關系，一般來說，指針比較靈活簡潔，而數(shù)組則比較直觀，容易理解。對于大部分的編譯器，使用指針比使用數(shù)組生成的代碼更短，執(zhí)行效率更高。

在許多種情況下，可以用指針運算代替數(shù)組索引，這樣做常常能產(chǎn)生又快又短的代碼。與數(shù)組索引相比，指針一般能使代碼速度更快，占用空間更少。使用**數(shù)組時差異更明顯。下面的代碼作用是相同的，但是效率不一樣。

數(shù)組索引 指針運算

For(;;){ p=array

A=array[t++]; for(;;){

a=*(p++);

。。。。。。。。。 。。。。。。

} }

指針方法的優(yōu)點是，array的地址每次裝入地址p后，在每次循環(huán)中只需對p增量**作。在數(shù)組索引方法中，每次循環(huán)中都必須根據(jù)t值求數(shù)組下標的復雜運算。

2、使用盡量小的數(shù)據(jù)類型

能夠使用字符型(char)定義的變量，就不要使用整型(int)變量來定義；能夠使用整型變量定義的變量就不要用長整型(long int)，能不使用浮點型(float)變量就不要使用浮點型變量。當然，在定義變量后不要超過變量的作用范圍，如果超過變量的范圍賦值，C編譯器并不報錯，但程序運行結果卻錯了，而且這樣的錯誤很難發(fā)現(xiàn)。

在ICCAVR中，可以在Options中設定使用printf參數(shù)，盡量使用基本型參數(shù)(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式說明符)，少用長整型參數(shù)(%ld、%lu、%lx和%lX格式說明符)，至于浮點型的參數(shù)(%f)則盡量不要使用，其它C編譯器也一樣。在其它條件不變的情況下，使用%f參數(shù)，會使生成的代碼的數(shù)量增加很多，執(zhí)行速度降低。

3、減少運算的強度

（1）、查表(游戲程序員必修課)

一個聰明的游戲大蝦，基本上不會在自己的主循環(huán)里搞什么運算工作，絕對是先計算好了，再到循環(huán)里查表。如果表很大，不好寫，就寫一個init函數(shù)，在循環(huán)外臨時生成表格。

（2）、求余運算

a=a%8;

可以改為：

a=a&7;

說明：位**作只需一個指令周期即可完成，而大部分的C編譯器的“%”運算均是調(diào)用子程序來完 成，代碼長、執(zhí)行速度慢。通常，只要求是求2n方的余數(shù)，均可使用位**作的方法來代替。

（3）、平方運算

a=pow(a, 2.0);

可以改為：

a=a*a;

說明：在有內(nèi)置硬件乘法器的單片機中(如51系列)，乘法運算比求平方運算快得多，因為浮點數(shù)的求平方是通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)的，在自帶硬件乘法器的AVR單片機中，如ATMega163中，乘法運算只需2個時鐘周期就可以完成。既使是在沒有內(nèi)置硬件乘法器的AVR單片機中，乘法運算的子程序比平方運算的子程序代碼短，執(zhí)行速度快。

（4）、用移位實現(xiàn)乘除法運算

a=a*4;

b=b/4;

可以改為：

a=a<<2;

b=b>>2;

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碼，而乘以其它的整數(shù)或除以任何數(shù)，均調(diào)用乘除法子程序。用移位的方法得到代碼比調(diào)用乘除法子程序生成的代碼效率高。實際上，只要是乘以或除以一個整數(shù)，均可以用移位的方法得到結果。

（5）、避免不必要的整數(shù)除法

整數(shù)除法是整數(shù)運算中最慢的，所以應該盡可能避免。一種可能減少整數(shù)除法的地方是連除，這里除法可以由乘法代替。這個替換的副作用是有可能在算乘積時會溢出，所以只能在一定范圍的除法中使用。

（6）、使用增量和減量**作符

在使用到加一和減一**作時盡量使用增量和減量**作符，因為增量符語句比賦值語句更快，原因在于對大多數(shù)CPU來說，對內(nèi)存字的增、減量**作不必明顯地使用取內(nèi)存和寫內(nèi)存的指令。顯然，不用取指令和存指令，增、減量**作執(zhí)行的速度加快，同時長度也縮短了。

（7）、使用復合賦值表達式

復合賦值表達式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質(zhì)量的程序代碼。

（8）、提取公共的子表達式

在某些情況下，C++編譯器不能從浮點表達式中提出公共的子表達式，因為這意味著相當于對表達式重新排序。需要特別指出的是，編譯器在提取公共子表達式前不能按照代數(shù)的等價關系重新安排表達式。這時，程序員要手動地提出公共的子表達式。

4、結構體成員的布局

很多編譯器有“使結構體字，雙字或四字對齊”的選項。但是，還是需要改善結構體成員的對齊，有些編譯器可能分配給結構體成員空間的順序與他們聲明的不同。但是，有些編譯器并不提供這些功能，或者效果不好。所以，要在付出最少代價的情況下實現(xiàn)最好的結構體和結構體成員對齊，建議采取下列方法：

（1）按數(shù)據(jù)類型的長度排序

把結構體的成員按照它們的類型長度排序，聲明成員時把長的類型放在短的前面。編譯器要求把長型數(shù)據(jù)類型存放在偶數(shù)地址邊界。在申明一個復雜的數(shù)據(jù)類型 (既有多字節(jié)數(shù)據(jù)又有單字節(jié)數(shù)據(jù)) 時，應該第一存放多字節(jié)數(shù)據(jù)，第二再存放單字節(jié)數(shù)據(jù)，這樣可以避免內(nèi)存的空洞。編譯器自動地把結構的實例對齊在內(nèi)存的偶數(shù)邊界。

（2）把結構體填充成最長類型長度的整倍數(shù)

把結構體填充成最長類型長度的整倍數(shù)。照這樣，如果結構體的第一個成員對齊了，所有整個結構體自然也就對齊了。

（3）按數(shù)據(jù)類型的長度排序本地變量

當編譯器分配給本地變量空間時，它們的順序和它們在源代碼中聲明的順序一樣，和上一條規(guī)則一樣，應該把長的變量放在短的變量前面。如果第一個變量對齊了，其它變量就會連續(xù)的存放，而且不用填充字節(jié)自然就會對齊。有些編譯器在分配變量時不會自動改變變量順序，有些編譯器不能產(chǎn)生4字節(jié)對齊的棧，所以4字節(jié)可能不對齊

（4）把頻繁使用的指針型參數(shù)拷貝到本地變量

避免在函數(shù)中頻繁使用指針型參數(shù)指向的值。因為編譯器不知道指針之間是否存在沖突，所以指針型參數(shù)往往不能被編譯器優(yōu)化。這樣數(shù)據(jù)不能被存放在寄存器中，而且明顯地占用了內(nèi)存帶寬。注意，很多編譯器有“假設不沖突”優(yōu)化開關（在VC里必須手動添加編譯器命令行/Oa或/Ow），這允許編譯器假設兩個不同的指針總是有不同的內(nèi)容，這樣就不用把指針型參數(shù)保存到本地變量。否則，請在函數(shù)一開始把指針指向的數(shù)據(jù)保存到本地變量。如果需要的話，在函數(shù)結束前拷貝回去。

5、循環(huán)優(yōu)化

（1）、充分分解小的循環(huán)

要充分利用CPU的指令緩存，就要充分分解小的循環(huán)。特別是當循環(huán)體本身很小的時候，分解循環(huán)可以提高性能。注意:很多編譯器并不能自動分解循環(huán)。

（2）、提取公共部分

對于一些不需要循環(huán)變量參加運算的任務可以把它們放到循環(huán)外面，這里的任務包括表達式、函數(shù)的調(diào)用、指針運算、數(shù)組訪問等，應該將沒有必要執(zhí)行多次的**作全部**在一起，放到一個init的初始化程序中進行。

（3）、延時函數(shù)

通常使用的延時函數(shù)均采用自加的形式：

void delay (void)

{

unsigned int i;

for (i=0;i<1000;i++) ;

}

將其改為自減延時函數(shù)：

void delay (void)

{

unsigned int i;

for (i=1000;i>0;i–) ;

}

兩個函數(shù)的延時效果相似，但幾乎所有的C編譯對后一種函數(shù)生成的代碼均比前一種代碼少1~3個字節(jié)，因為幾乎所有的MCU均有為0轉(zhuǎn)移的指令，采用后一種方式能夠生成這類指令。在使用while循環(huán)時也一樣，使用自減指令控制循環(huán)會比使用自加指令控制循環(huán)生成的代碼更少1~3個字母。但是在循環(huán)中有通過循環(huán)變量“i”讀寫數(shù)組的指令時，使用預減循環(huán)有可能使數(shù)組超界，要引起注意。

（4）、while循環(huán)和do…while循環(huán)

在這兩種循環(huán)中，使用do…while循環(huán)編譯后生成的代碼的長度短于while循環(huán)。

（5）、循環(huán)展開

這是經(jīng)典的速度優(yōu)化，但許多編譯程序(如gcc -funroll-loops)能自動完成這個事，所以現(xiàn)在你自己來優(yōu)化這個顯得效果不明顯。

（6）、循環(huán)嵌套

把相關循環(huán)放到一個循環(huán)里，也會加快速度。

舊代碼:

for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0’s */

for (j = 0; j < MAX; j++)

a[i][j] = 0.0;

for (i = 0; i < MAX; i++) /* put 1’s along the diagonal */

a[i][i] = 1.0;

新代碼:

for (i = 0; i < MAX; i++) /* initialize 2d array to 0’s */

{

for (j = 0; j < MAX; j++)

a[i][j] = 0.0;

a[i][i] = 1.0; /* put 1’s along the diagonal */

}

（7）、Switch語句中根據(jù)發(fā)生頻率來進行case排序

Switch 可能轉(zhuǎn)化成多種不同算法的代碼。其中最常見的是跳轉(zhuǎn)表和比較鏈/樹。當switch用比較鏈的方式轉(zhuǎn)化時，編譯器會產(chǎn)生if-else-if的嵌套代碼，并按照順序進行比較，匹配時就跳轉(zhuǎn)到滿足條件的語句執(zhí)行。所以可以對case的值依照發(fā)生的可能性進行排序，把最有可能的放在第一位，這樣可以提高性能。此外，在case中推薦使用小的連續(xù)的整數(shù)，因為在這種情況下，所有的編譯器都可以把switch 轉(zhuǎn)化成跳轉(zhuǎn)表。

（8）、將大的switch語句轉(zhuǎn)為嵌套switch語句

當switch語句中的case標號很多時，為了減少比較的次數(shù)，明智的做法是把大switch語句轉(zhuǎn)為嵌套switch語句。把發(fā)生頻率高的case 標號放在一個switch語句中，并且是嵌套switch語句的最外層，發(fā)生相對頻率相對低的case標號放在另一個switch語句中。比如，下面的程序段把相對發(fā)生頻率低的情況放在缺省的case標號內(nèi)。

如果switch中每一種情況下都有很多的工作要做，那么把整個switch語句用一個指向函數(shù)指針的表來替換會更加有效。為了提高執(zhí)行速度，用下面這段代碼來替換這個上面的switch語句。

（9）、循環(huán)轉(zhuǎn)置

有些機器對JNZ(為0轉(zhuǎn)移)有特別的指令處理，速度非常快，如果你的循環(huán)對方向不敏感，可以由大向小循環(huán)。不過千萬注意，如果指針**作使用了i值，這種方法可能引起指針越界的嚴重錯誤(i = MAX+1;)。當然你可以通過對i做加減運算來糾正，但是這樣就起不到加速的作用。

（10）、公用代碼塊

一些公用處理模塊，為了滿足各種不同的調(diào)用需要，往往在內(nèi)部采用了大量的if-then-else結構，這樣很不好，判斷語句如果太復雜，會消耗大量的時間的，應該盡量減少公用代碼塊的使用。(任何情況下，空間優(yōu)化和時間優(yōu)化都是對立的–東樓)。當然，如果僅僅是一個(3==x)之類的簡單判斷，適當使用一下，也還是允許的。記住，優(yōu)化永遠是追求一種平衡，而不是走極端。

（11）提升循環(huán)的性能

要提升循環(huán)的性能，減少多余的常量計算非常有用（比如，不隨循環(huán)變化的計算）。

如果已經(jīng)知道if()的值，這樣可以避免重復計算。雖然不好的代碼中的分支可以簡單地預測，但是由于推薦的代碼在進入循環(huán)前分支已經(jīng)確定，就可以減少對分支預測的依賴。

（12）、選擇好的無限循環(huán)

在編程中，我們常常需要用到無限循環(huán)，常用的兩種方法是while (1) 和 for (；；)。這兩種方法效果完全一樣，但那一種更好呢？編譯后，for (；；)指令少，不占用寄存器，而且沒有判斷、跳轉(zhuǎn)，比while (1)好。

6、提高CPU的并行性

（1）使用并行代碼

盡可能把長的有依賴的代碼鏈分解成幾個可以在流水線執(zhí)行單元中并行執(zhí)行的沒有依賴的代碼鏈。很多高級語言，包括C++，并不對產(chǎn)生的浮點表達式重新排序，因為那是一個相當復雜的過程。需要注意的是，重排序的代碼和原來的代碼在代碼上一致并不等價于計算結果一致，因為浮點**作缺乏精確度。在一些情況下，這些優(yōu)化可能導致意料之外的結果。幸運的是，在大部分情況下，最后結果可能只有最不重要的位（即最低位）是錯誤的。

（2）避免沒有必要的讀寫依賴

當數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存時存在讀寫依賴，即數(shù)據(jù)必須在正確寫入后才能再次讀取。雖然AMD Athlon等CPU有加速讀寫依賴延遲的硬件，允許在要保存的數(shù)據(jù)被寫入內(nèi)存前讀取出來，但是，如果避免了讀寫依賴并把數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部寄存器中，速度會更快。在一段很長的又互相依賴的代碼鏈中，避免讀寫依賴顯得尤其重要。如果讀寫依賴發(fā)生在**作數(shù)組時，許多編譯器不能自動優(yōu)化代碼以避免讀寫依賴。所以推薦程序員手動去消除讀寫依賴，舉例來說，引進一個可以保存在寄存器中的臨時變量。這樣可以有很大的性能提升。

7、循環(huán)不變計算

對于一些不需要循環(huán)變量參加運算的計算任務可以把它們放到循環(huán)外面，現(xiàn)在許多編譯器還是能自己干這件事，不過對于中間使用了變量的算式它們就不敢動了，所以很多情況下你還得自己干。對于那些在循環(huán)中調(diào)用的函數(shù)，凡是沒必要執(zhí)行多次的**作通通提出來，放到一個init函數(shù)里，循環(huán)前調(diào)用。另外盡量減少喂食次數(shù)，沒必要的話盡量不給它傳參，需要循環(huán)變量的話讓它自己建立一個靜態(tài)循環(huán)變量自己累加，速度會快一點。

還有就是結構體訪問，東樓的經(jīng)驗，凡是在循環(huán)里對一個結構體的兩個以上的元素執(zhí)行了訪問，就有必要建立中間變量了(結構這樣，那C++的對象呢?想想看)。

8、函數(shù)優(yōu)化

（1）Inline函數(shù)

在C++中，關鍵字Inline可以被加入到任何函數(shù)的聲明中。這個關鍵字請求編譯器用函數(shù)內(nèi)部的代碼替換所有對于指出的函數(shù)的調(diào)用。這樣做在兩個方面快于函數(shù)調(diào)用：第一，省去了調(diào)用指令需要的執(zhí)行時間；第二，省去了傳遞變元和傳遞過程需要的時間。但是使用這種方法在優(yōu)化程序速度的同時，程序長度變大了，因此需要更多的ROM。使用這種優(yōu)化在Inline函數(shù)頻繁調(diào)用并且只包含幾行代碼的時候是最有效的。

（2）不定義不使用的返回值

函數(shù)定義并不知道函數(shù)返回值是否被使用，假如返回值從來不會被用到，應該使用void來明確聲明函數(shù)不返回任何值。

（3）減少函數(shù)調(diào)用參數(shù)

使用全局變量比函數(shù)傳遞參數(shù)更加**。這樣做去除了函數(shù)調(diào)用參數(shù)入棧和函數(shù)完成后參數(shù)出棧所需要的時間。然而決定使用全局變量會影響程序的模塊化和重入，故要慎重使用。

（4）所有函數(shù)都應該有原型定義

一般來說，所有函數(shù)都應該有原型定義。原型定義可以傳達給編譯器更多的可能用于優(yōu)化的信息。

（5）盡可能使用常量(const)

盡可能使用常量(const)。C++ 標準規(guī)定，如果一個const聲明的對象的地址不被獲取，允許編譯器不對它分配儲存空間。這樣可以使代碼更**，而且可以生成更好的代碼。

（6）把本地函數(shù)聲明為靜態(tài)的(static)

如果一個函數(shù)只在實現(xiàn)它的文件中被使用，把它聲明為靜態(tài)的(static)以強制使用內(nèi)部連接。否則，默認的情況下會把函數(shù)定義為外部連接。這樣可能會影響某些編譯器的優(yōu)化——比如，自動內(nèi)聯(lián)。

9、采用遞歸

與LISP 之類的語言不同，C語言一開始就病態(tài)地喜歡用重復代碼循環(huán)，許多C程序員都是除非算法要求，堅決不用遞歸。事實上，C編譯器們對優(yōu)化遞歸調(diào)用一點都不反感，相反，它們還很喜歡干這件事。只有在遞歸函數(shù)需要傳遞大量參數(shù)，可能造成瓶頸的時候，才應該使用循環(huán)代碼，其他時候，還是用遞歸好些。

10、變量

（1）register變量

在聲明局部變量的時候可以使用register關鍵字。這就使得編譯器把變量放入一個多用途的寄存器中，而不是在堆棧中，合理使用這種方法可以提高執(zhí)行速度。函數(shù)調(diào)用越是頻繁，越是可能提高代碼的速度。

在最內(nèi)層循環(huán)避免使用全局變量和靜態(tài)變量，除非你能確定它在循環(huán)周期中不會動態(tài)變化，大多數(shù)編譯器優(yōu)化變量都只有一個辦法，就是將他們置成寄存器變量，而對于動態(tài)變量，它們干脆放棄對整個表達式的優(yōu)化。盡量避免把一個變量地址傳遞給另一個函數(shù)，雖然這個還很常用。C語言的編譯器們總是先假定每一個函數(shù)的變量都是內(nèi)部變量，這是由它的機制決定的，在這種情況下，它們的優(yōu)化完成得最好。但是，一旦一個變量有可能被別的函數(shù)改變，這幫兄弟就再也不敢把變量放到寄存器里了，嚴重影響速度?？蠢樱?/p>

a = b();

c(&d);

因為d 的地址被c函數(shù)使用，有可能被改變，編譯器不敢把它長時間的放在寄存器里，一旦運行到c(&d)，編譯器就把它放回內(nèi)存，如果在循環(huán)里，會造成N 次頻繁的在內(nèi)存和寄存器之間讀寫d的動作，眾所周知，CPU在系統(tǒng)總線上的讀寫速度慢得很。比如你的賽楊300，CPU主頻300，總線速度最多66M，為了一個總線讀，CPU可能要等4-5個周期，得。。得。。得。。想起來都打顫。

（2）、同時聲明多個變量優(yōu)于單獨聲明變量

（3）、短變量名優(yōu)于長變量名，應盡量使變量名短一點

（4）、在循環(huán)開始前聲明變量

11、使用嵌套的if結構

在if結構中如果要判斷的并列條件較多，最好將它們拆分成多個if結構，第二嵌套在一起，這樣可以避免無謂的判斷。

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