摘要：本文以C語言為例，通過一些具體的例子，探討了在進行程序設計語言代碼編寫過程中不同的編寫語句產(chǎn)生不同的代碼運行效率，從而提高C語言程序設計的質量，提升C語言程序設計的能力培養(yǎng)。

關鍵詞： C 語言；程序設計；運行效率

中圖分類號：TP312.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

嵌入式程序設計是結合 C 語言知識為基礎，是利用基本的 C 語言知識，面向嵌入式工程實際應用進行程序設計語言。在很多理工科專業(yè)，特別是計算機專業(yè)學生必修的一門非常重要的專業(yè)課基礎課，學生可以通過嵌入式程序設計，掌握程序設計的基本方法，形成正確的編程思、掌握正確的編程技巧、具備一定的程序調適能力。程序設計能力，特別是問題的分析解決能力、語言的開發(fā)和環(huán)境的綜合應用能力以及如何能夠在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中熟練、正確地運用C語言開發(fā)出高質量的應用程序，是學習嵌入式程序設計的關鍵。下面介紹基于C語言的嵌入式程序設計中存在幾個方面問題：

1 定義變量

先看下面一個例子：

char char1；

short short1；

char char2；

int int1；

這里定義的 4 個變量形式都一樣，但是它們的次序不同，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)存儲結構中的不同的數(shù)據(jù)布局，如下圖所示。顯然，第2種方式節(jié)約了更多的存儲空間。

第一種數(shù)據(jù)布局：

第二種數(shù)據(jù)布局：

由此可見，我們在作變量聲明的時候，盡量把所有相同類型的變量放在一起定義，一種相同類型的變量定義一行，從而在數(shù)據(jù)的存儲上更加的合理。

對于局部變量類型的定義，通常情況下，習慣使用短整型 short 或 字符型char 來定義變量，達到節(jié)省存儲空間的目的[1]；但是，當一個函數(shù)的局部變量數(shù)目為數(shù)不多時，反而達不到節(jié)省存儲空間的意圖。因為程序的編譯器會把局部變量分配給內寄存器，使得每一個局部變量占用一個寄存器，假定 a 是任意可能的寄存器存儲函數(shù)的局部變量，分別去執(zhí)行加1的運算，32 位的 int 型變量最快，只需要用到 1 條加法指令。而 16位和 8位變量，完成加法操作后，因為16位和8位它們的位數(shù)不夠還需要在 32 位的寄存器中進行擴張展，進行擴展的過程中，還分兩種情況，第一種情況，其中有符號的變量，要用邏輯左移（LSL） 和算術右移（ASR）2 條指令才能完成符號擴展；第二種情況，無符號的變量，要使用1條邏輯“與”（AND）指令對符號位進行清 0。所以，使用32 位 int 局部變量最有效率。

在變量的聲明和定義中，為了使程序能夠更加精簡，在設計程序過程中總是竭力避免使用冗余變量。一般情況下我們是這樣去做的，但有時候也有一些特殊的情況。

例如：冗余變量的使用與否比較。

int a（void）；

int b（void）；

int count；

void t1（void）

{count+=a（）；

count+=b（）；}

void t2（void）

{int counts=count；

counts+=a（）；

counts+=b（）；

count=counts；}

在第一種情況 t1（）里，每次訪問全局變量count時，都要先從相應的存儲器調入到寄存器里，a（）或 b（）函數(shù)經(jīng)調用后再返回原來的存儲區(qū)里面。在這個例子里，一共要進行 2 次這樣的調入/返回操作（第一次是：調入，第二次是：返回）。而在第 2 種情況 t2（）里，局部變量counts被分配以寄存器，這樣一來，整個函數(shù)就只需 1 次調入/返回訪問全局變量存儲器。減少存儲器訪問的次數(shù)對于系統(tǒng)性能的改善是非常有好處的。

2 傳遞參數(shù)

有些時候，為了提高程序設計的全面性，我們也會將匯編語言結合C語言程序互相調用，定義統(tǒng)一的函數(shù)過程調用標準 ATPCS（ARM-ThumbProcedure Call Standard）。ATPCS 定義了寄存器組中的{R0～R3}作為參數(shù)傳遞和結果返回寄存器。在一些函數(shù)定義過程中，如果函數(shù)的參數(shù)數(shù)目大于4個，那么就要使用堆棧進行傳遞。在設計時，內部寄存器的訪問速度是遠遠大于存儲器，所以我們在程序設計過程中要盡可能的使參數(shù)的傳遞在寄存器里面進行，由于參數(shù)數(shù)目大于4個，就會使用堆棧傳遞，所以我們應盡量把函數(shù)的參數(shù)控制在4個以下[2]。比如我們看下面這個例子：

這個例子是從 C 語言中調用到匯編語言函數(shù)：

例子中的函數(shù) t1（c，d）用匯編來實現(xiàn)。根據(jù)ATPCS 的定義，函數(shù)的參數(shù)應當從左到右由寄存器來進行傳遞，所以在匯編中可直接由 R0 和 R1 進行引用。這樣，在 C 語言和匯編語言之間就非常容易實現(xiàn)相互調用了。

3 循環(huán)條件

計數(shù)器的循環(huán)是c語言程序中十分常用的一種流程控制結構。在C語言中，常用下面累加計數(shù)的循環(huán)形式：for（count=1； count<=number； count++），這種累加計數(shù)的方法符合一般的自然思維習慣， for（count=number；count！=0；count--）這種遞減計數(shù)方法很少使用，這兩種for循環(huán)語句的形式在邏輯上看并沒有什么效率差異，但是映射到具體的體系結構中時，就產(chǎn)生了不一樣的過程，具體見如下程序。

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，遞減法比累加法少用了1條指令，當循環(huán)的次數(shù)很小時，機子運行的效果不明顯，一旦當循環(huán)次數(shù)比較大時，這兩段for循環(huán)的代碼就會在產(chǎn)生明顯的性能上的差異[3]。

我們來分析一下具體的原因出在哪里：當編譯器進行一個非0常數(shù)比較的時候，需要用到專門的 CMP 指令來執(zhí)行這樣的語句；而當編譯器進行一個變量與0比較時，指令可以直接根據(jù)條件執(zhí)行的特征來進行相應的判斷。

因此，在嵌入式系統(tǒng)的體系結構下編寫程序，對于循環(huán)條件的設置，采用遞減的算法比起累加的算法更合適。

參考文獻：

[1]譚浩強.C語言設計教程[M]，北京清華大學出版社，2007，7.

[2]巍峰湖，陸紅.C語言程序設計課程教學方法探討[J].吉林大學學報（信息科學版），2005（8）：35-38.

[3]謝娟英.大學計算機專業(yè)C與C++程序設計語言探討[J].計算機教育，2010（18）：（84-89）.

[4]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用[M].北京航空航天大學出版社，2010，2.

[作者簡介]彭海琴（1983-）女，講師，程序員、網(wǎng)絡工程師，研究方向：程序設計、網(wǎng)絡技術。