[C++知识库]C代码优化技巧

指针与数组

选择一种合适的数据结构很重要。

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
							p=&array[0];
    for(;;){               for(;;){
    A=array[t++];           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。

尽量使用小的数据类型

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(%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。

减少运算的强度

查表法

尽量不要在自己的主循环里搞什么运算工作，先计算好了，再到循环里查表。

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， 24， 120， 720  /* etc */ };

    long factorial(int i)
    {
        return factorial_table[i];
    }

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。

求余优化

求余运算

a=a%8;

可以改为：

a=a&7;

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。

平方优化

a=pow(a, 2.0);

可以改为：

a=a * a;

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。

整数整除法优化

对于整数乘除法，可以用移位实现乘除法运算

a=a*4;
b=b/4;

可以改为：

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。

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=(a<<3)+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 < MAX; i++)
{
    h += 14;                /* 加法比乘法快 */
    printf("%d"，h);
}

整数除法是整数运算中最慢的，所以应该尽可能避免。一种可能减少整数除法的地方是连除，这里除法可以由乘法代替。

这个替换的副作用是有可能在算乘积时会溢出，所以只能在一定范围的除法中使用。

不好的代码：

int i， j， k， m；

m = i / j / k；

推荐的代码：

int i， j， k， m；

m = i / (j * k)；

整数加减法优化

在使用到加一和减一操作时尽量使用增量和减量操作符。
原代码：

a=a+1;

新代码：

a++;

因为增量符语句比赋值语句更快，原因在于对大多数CPU来说，对内存字的增、减量操作不必明显地使用取内存和写内存的指令，比如下面这条语句：

x=x+1;

模仿大多数微机汇编语言为例，产生的代码类似于：

move A，x ;把x从内存取出存入累加器A
add A，1 ;累加器A加1
store x ;把新值存回x

如果使用增量操作符，生成的代码如下：

incr x ;x加1

显然，不用取指令和存指令，增、减量操作执行的速度加快，同时长度也缩短了。

使用复合赋值表达式(如a-=1及a+=1等)，也能够生成高质量的程序代码。

表达式优化

在某些情况下，C++编译器不能从浮点表达式中提出公共的子表达式，因为这意味着相当于对表达式重新排序。需要特别指出的是，编译器在提取公共子表达式前不能按照代数的等价关系重新安排表达式。这时，程序员要手动地提出公共的子表达式

在VC.NET里有一项“全局优化”选项可以完成此工作，但效果就不得而知了）。

不好的代码：

float a， b， c， d， e， f；

e = b * c / d；
f = b / d * a；

推荐的代码：

float a， b， c， d， e， f；

const float t(b / d)；

e = c * t；
f = a * t；

不好的代码：

float a， b， c， e， f；

e = a / c；

f = b / c；

推荐的代码：

float a， b， c， e， f；

const float t(1.0f / c)；
e = a * t；
f = b * t；

更多参考：C代码优化方案