如何寫出高效優(yōu)美的單片機C語言代碼
程序能跑起來并不見得你的代碼就是很好的c代碼了，衡量代碼的好壞應該從以下幾個方面來看 1，代碼穩(wěn)定，沒有隱患。 2，執(zhí)行效率高。 3，可讀性高。 4，便于移植。 下面發(fā)一些我在網(wǎng)上看到的技巧和自己的一些經(jīng)驗來和大家分享 1、如果可以的話少用庫函數(shù)，便于不同的mcu和編譯器間的移植 2、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結構 應該熟悉算法語言，知道各種算法的優(yōu)缺點，具體資料請參見相應的參考資料，有很多計算機書籍上都有介紹。將比較慢的順序查找法用較快的二分查找或亂序查找法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，都可以大大提高程序執(zhí)行的效率。.選擇一種合適的數(shù)據(jù)結構也很重要，比如你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碼的關系，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。但是在Keil中則相反，使用數(shù)組比使用的指針生成的代碼更短。 3、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。 4、使用自加、自減指令 通常使用自加、自減指令和復合賦值表達式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質量的程序代碼，編譯器通常都能夠生成inc和dec之類的指令，而使用a=a+1或a=a-1之類的指令，有很多C編譯器都會生成二到三個字節(jié)的指令。在AVR 單片適用的ICCAVR、GCCAVR、IAR等C編譯器以上幾種書寫方式生成的代碼是一樣的，也能夠生成高質量的inc和dec之類的的代碼。 5、減少運算的強度 可以使用運算量小但功能相同的表達式替換原來復雜的的表達式。如下： 1)、求余運算。 a=a%8 可以改為： a=a&7 說明：位操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)，均可使用位操作的方法來代替。 2)、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。 如果是求3次方，如： a=pow(a,3.0 更改為： a=a*a*a 則效率的改善更明顯。 3)、用移位實現(xiàn)乘除法運算 a=a*4 =b/4 可以改為： a=a =b>>2 說明：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，如： a=a*9 可以改為： a=(a 6、循環(huán) 1)、循環(huán)語 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)行多次的操作全部集合在一起，放到一個init的初始化程序中進行。 2)、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 } 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)時有可能使數(shù)組超界，要引起注意。 3)while循環(huán)和do?while循環(huán) 用while循環(huán)時有以下兩種循環(huán)形式： unsigned int i i=0 while (i { i++ //用戶程序 } 或： unsigned int i i=1000 do i-- //用戶程序 while (i>0 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)。 7、查表 在程序中一般不進行非常復雜的運算，如浮點數(shù)的乘除及開方等，以及一些復雜的數(shù)學模型的插補運算，對這些即消耗時間又消費資源的運算，應盡量使用查表的方式，并且將數(shù)據(jù)表置于程序存儲區(qū)。如果直接生成所需的表比較困難，也盡量在啟了，減少了程序執(zhí)行過程中重復計算的工作量。 比如使用在線匯編及將字符串和一些常量保存在程序存儲器中，均有利于優(yōu)化 C語言宏定義技巧(常用宏定義 寫好C語言，漂亮的宏定義很重要，使用宏定義可以防止出錯，提高可移植性，可讀性，方便性 等等。下面列舉一些成熟軟件中常用得宏定義。。。。。。 CODE: 1，防止一個頭文件被重復包含 #ifndef COMDEF_H #define COMDEF_H //頭文件內(nèi)容 #endif 2，重新定義一些類型，防止由于各種平臺和編譯器的不同，而產(chǎn)生的類型字節(jié)數(shù)差異，方便移植。 typedef unsigned char boolean; /* Boolean value type. */ typedef unsigned long int uint32; /* Unsigned 32 bit value */ typedef unsigned short uint16; /* Unsigned 16 bit value */ typedef unsigned char uint8; /* Unsigned 8 bit value */ typedef signed long int int32; /* Signed 32 bit value */ typedef signed short int16; /* Signed 16 bit value */ typedef signed char int8; /* Signed 8 bit value */ //下面的不建議使用 typedef unsigned char byte; /* Unsigned 8 bit value type. */ typedef unsigned short word; /* Unsinged 16 bit value type. */ typedef unsigned long dword; /* Unsigned 32 bit value type. */ typedef unsigned char uint1; /* Unsigned 8 bit value type. */ typedef unsigned short uint2; /* Unsigned 16 bit value type. */ typedef unsigned long uint4; /* Unsigned 32 bit value type. */ typedef signed char int1; /* Signed 8 bit value type. */ typedef signed short int2; /* Signed 16 bit value type. */ typedef long int int4; /* Signed 32 bit value type. */ typedef signed long sint31; /* Signed 32 bit value */ typedef signed short sint15; /* Signed 16 bit value */ typedef signed char sint7; /* Signed 8 bit value */ 3，得到指定地址上的一個字節(jié)或字 #define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x #define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x 4，求最大值和最小值 #define MAX( x, y ) ( ((x) > (y)) ? (x) : (y #define MIN( x, y ) ( ((x 5，得到一個field在結構體(struct)中的偏移量 #define FPOS( type, field /*lint -e545 */ ( (dword) &(( type *) 0)-> field ) /*lint +e545 */ 6,得到一個結構體中field所占用的字節(jié)數(shù) #define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field ) 7，按照LSB格式把兩個字節(jié)轉化為一個Word #define FLIPW( ray ) ( (((word) (ray)[0]) * 256) + (ray)[1] ) 8，按照LSB格式把一個Word轉化為兩個字節(jié) #define FLOPW( ray, val ray)[0] = ((val) / 256 ray)[1] = ((val) & 0xFF 9，得到一個變量的地址(word寬度 #define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var #define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var 10，得到一個字的高位和低位字節(jié) #define WORD_LO(xxx) ((byte) ((word)(xxx) & 255 #define WORD_HI(xxx) ((byte) ((word)(xxx) >> 8 11，返回一個比X大的最接近的8的倍數(shù) #define RND8( x ) ((((x) + 7) / 8 ) * 8 12，將一個字母轉換為大寫 #define UPCASE( c ) ( ((c) >= 'a' && (c #define DECCHK( c ) ((c) >= '0' && (c 14，判斷字符是不是16進值的數(shù)字 #define HEXCHK( c ) ( ((c) >= '0' && (c c) >= 'A' && (c c) >= 'a' && (c 15，防止溢出的一個方法 #define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val)) 16，返回數(shù)組元素的個數(shù) #define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) ) 17，返回一個無符號數(shù)n尾的值MOD_BY_POWER_OF_TWO(X,n)=X%(2^n) #define MOD_BY_POWER_OF_TWO( val, mod_by dword)(val) & (dword)((mod_by)-1 18，對于IO空間映射在存儲空間的結構，輸入輸出處理 #define inp(port) (*((volatile byte *) (port #define inpw(port) (*((volatile word *) (port #define inpdw(port) (*((volatile dword *)(port #define outp(port, val) (*((volatile byte *) (port)) = ((byte) (val #define outpw(port, val) (*((volatile word *) (port)) = ((word) (val #define outpdw(port, val) (*((volatile dword *) (port)) = ((dword) (val 19,使用一些宏跟蹤調(diào)試 A N S I標準說明了五個預定義的宏名。它們是： _ L I N E _ _ F I L E _ _ D A T E _ _ T I M E _ _ S T D C _ 如果編譯不是標準的，則可能僅支持以上宏名中的幾個，或根本不支持。記住編譯程序也許還提供其它預定義的宏名。 _ L I N E _及_ F I L E _宏指令在有關# l i n e的部分中已討論，這里討論其余的宏名。 _ D AT E _宏指令含有形式為月/日/年的串，表示源文件被翻譯到代碼時的日期。 源代碼翻譯到目標代碼的時間作為串包含在_ T I M E _中。串形式為時：分：秒。 如果實現(xiàn)是標準的，則宏_ S T D C _含有十進制常量1。如果它含有任何其它數(shù)，則實現(xiàn)是非標準的。 可以定義宏，例如: 當定義了_DEBUG，輸出數(shù)據(jù)信息和所在文件所在行 #ifdef _DEBUG #define DEBUGMSG(msg,date rintf(msg);printf(“%d%d%d”,date,_LINE_,_FILE_ #else #define DEBUGMSG(msg,date #endif 20，宏定義防止使用時錯誤用小括號包含。 例如：#define ADD(a,b) (a+ 用do{}while(0)語句包含多語句防止錯誤 例如：#difne DO(a,b) a+ a++ 應用時：if(?. DO(a,b); //產(chǎn)生錯誤 else 解決方法: #difne DO(a,b) do{a+ a++;}while(0 宏中"#"和"##"的用法 一、一般用法 我們使用#把宏參數(shù)變?yōu)橐粋€字符串,用##把兩個宏參數(shù)貼合在一起. 用法: #include #include using namespace std #define STR(s) # #define CONS(a,b) int(a##e## int mai { rintf(STR(vck)); // 輸出字符串"vck" rintf("%dn", CONS(2,3)); // 2e3 輸出:2000 return 0 } 二、當宏參數(shù)是另一個宏的時候 需要注意的是凡宏定義里有用'#'或'##'的地方宏參數(shù)是不會再展開. 1, 非'#'和'##'的情況 #define TOW (2 #define MUL(a,b) (a* rintf("%d*%d=%dn", TOW, TOW, MUL(TOW,TOW 這行的宏會被展開為： rintf("%d*%d=%dn", (2), (2), ((2)*(2 MUL里的參數(shù)TOW會被展開為(2). 2, 當有'#'或'##'的時候 #define A (2 #define STR(s) # #define CONS(a,b) int(a##e## rintf("int max: %sn", STR(INT_MAX)); // INT_MAX #include 這行會被展開為： rintf("int max: %sn", "INT_MAX" rintf("%sn", CONS(A, A)); // compile error 這一行則是： rintf("%sn", int(AeA INT_MAX和A都不會再被展開, 然而解決這個問題的方法很簡單. 加多一層中間轉換宏. 加這層宏的用意是把所有宏的參數(shù)在這層里全部展開, 那么在轉換宏里的那一個宏(_STR)就能得到正確的宏參數(shù). #define A (2 #define _STR(s) # #define STR(s) _STR(s) // 轉換宏 #define _CONS(a,b) int(a##e## #define CONS(a,b) _CONS(a,b) // 轉換宏 rintf("int max: %sn", STR(INT_MAX)); // INT_MAX,int型的最大值，為一個變量 #include 輸出為: int max: 0x7fffffff STR(INT_MAX) --> _STR(0x7fffffff) 然后再轉換成字符串 rintf("%dn", CONS(A, A 輸出為：200 CONS(A, A) --> _CONS((2), (2)) --> int((2)e(2 三、'#'和'##'的一些應用特例 1、合并匿名變量名 #define ___ANONYMOUS1(type, var, line) type var##line #define __ANONYMOUS0(type, line) ___ANONYMOUS1(type, _anonymous, line #define ANONYMOUS(type) __ANONYMOUS0(type, __LINE__ 例：ANONYMOUS(static int); 即: static int _anonymous70; 70表示該行行號 第一層：ANONYMOUS(static int); --> __ANONYMOUS0(static int, __LINE__ 第二層： --> ___ANONYMOUS1(static int, _anonymous, 70); 第三層： --> static int _anonymous70 即每次只能解開當前層的宏，所以__LINE__在第二層才能被解開 2、填充結構 #define FILL(a) {a, #a} enum IDD{OPEN, CLOSE} typedef struct MSG{ IDD id const char * msg }MSG MSG _msg[] = {FILL(OPEN), FILL(CLOSE)} 相當于： MSG _msg[] = {{OPEN, "OPEN"}, {CLOSE, "CLOSE"}} 3、記錄文件名 #define _GET_FILE_NAME(f) #f #define GET_FILE_NAME(f) _GET_FILE_NAME(f tatic char FILE_NAME[] = GET_FILE_NAME(__FILE__ 4、得到一個數(shù)值類型所對應的字符串緩沖大小 #define _TYPE_BUF_SIZE(type) sizeof #type #define TYPE_BUF_SIZE(type) _TYPE_BUF_SIZE(type) char buf[TYPE_BUF_SIZE(INT_MAX)]; --> char uf[_TYPE_BUF_SIZE(0x7fffffff)]; --> char buf[sizeof "0x7fffffff"]; 這里相當于： char buf[11] |
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