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山科大 《单片机的C语言程序设计与运用(第2版)》期末复习题及答案1
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下载文档:山科大 《单片机的C语言程序设计与运用(第2版)》期末复习题及答案1.DOC孙述乔（浙江传媒学院 新媒体学院 10级信息管理与信息系统一班& 浙江& 杭州& 310000）
中图分类号：TP315&&& 文献标识码：A&&&&& 文章编号：41-）02-0000-01
摘 要：本文主要总结了如何在C语言编程设计过程中优化编程的方法，同时对有些方法进行举例应用分析。通过总结希望有利于编程过程中改善程序的结构、提高运行效率和可读性，充分发挥出C语言的优势。
关键词：C语言& 编程& 优化& 应用
&&&&&&& 一、前 言&&&&
&&&&&&& C 语言之所以能够成为一种高级编译型程序设计语言，是因为它有很多优点：便于结构化程序设计，库函数功能丰富，功能性和移植性强，运算速度快，编译效率高，可直接实现对系统硬件的操作等。另外，因为C 语言还具有汇编语言的功能，能够很好地操作底层的硬件接口，完善的模块化结构，而这正是软件开发的基本保障，因此它不仅大大缩短了周期，还增加了软件的可读性。尽管C 语言有很多优点，但它也存在一个最大缺点，那就是占用资源较多。因此在用C语言编程是对其方法进行优化不仅可以节省资源，也更利于程序的可读性和效率的提高。
&&&&&&& 二、C语言编程方法优化与应用举例
&&&&&&& （一）数据和变量类型优化[1]&
&&&&&&& 数据类型选择&& 标准C语言提供的数据类型包括整型、浮点、枚举、指针、结构等。编程需要考虑的是为了编译生成的代码小、效率高应该如何选择数据类型。对于整型而言，有signed和unsigned两种，分别称为char， short int ， int ， long int ， enum。然而ANSI C没有准确规定每种类型的大小，这样就会影响程序在两个处理器之间的移植操作。为了避免这种影响，编程时最好是将数据类型按类型定义放在一个头文件中，当移植时只要简单的修改头文件即可:&&&
&&&&&&& 优化定义变量的方法是置成寄存器变量。 尽量避免传递一个变量地址给另一个函数。同时声明多个变量往往优于单独声明变量。如int a，b就会比intb更有效率。
&&&&&&& （二）优化算法和数据结构
&&&&&&& 数据结构的选择要以满足系统硬件的要求作为前提来考虑。以51系列单片机为例，由于51系列是8位机，因此它只能直接处理8位无符号数的运算，而如果要处理其它类型的数据，必须通过额外的算法才可以实现。所以，要尽可能选用无符号的字符类型。
&&&&&&& 在算法的优化上，用较快的二分查找、乱序查找法代替顺序查找法，用快速排序、合并排序或根排序代替插入排序（或冒泡排序法），都可以大大的提高程序的执行效率。
&&&&&&& （三）优化选择语句[2]
&&&&&&& 1.嵌套 if 语句的使用。当 if 结构中要判断的并列条件较多的时候，最好将它们拆分成多个 if 语句结构，然后嵌套在一起，就可以减少不必要的判断。
&&&&&&& 2.嵌套 switch 语句的使用。switch 语句中的 case 很多时，为了减少比较次数，可把大 switch 语句转化为嵌套 switch 语句。把频率较高的 case 标号放在一个 switch 语句中，而发生频率较低的case 标号则放在另一个switch 语句当中。
&&&&&&& 3.给switch 语句中case排序。Switch通常可以使用跳转表或者比较链/树转化成多种算法的代码。 当 switch 用比较链转化时，编译器会产生 if-else-if 嵌套代码同时按顺序比较，当结果匹配时，就跳到满足条件的语句执行。因此根据发生的可能性对 case 的值排序，最有可能的放在第一位就可以使选择过程更合理，从而提高了效率。
&&&&&&& （四）循环过程的优化
&&&&&&& 循环语优化& 对于有些任务不需要循环变量参加运算时，可以将它们放到循环外面，将没有必要执行多次的操作全部集合到一个init的初始化程序中也有利于优化循环语句。
&&&&&&& 优化延时函数&&& 将自加的形式改为自减形式，如：
&&&&&&& 自加的形式
&&&&&&& void delay (void)
&&&&&&& for (j=0;j&1000;j++);}
&&&&&&& 改为自减延时函数：
&&&&&&& void delay (void)
&&&&&&& for (j=1000;j&0;j--);}
&&&&&&& 两个函数的延时效果大致相当，但是几乎所有的C编译对后者生成的代码均比前一种少1~3个字节，因为后一种方式可以产生MCU为0转移所需要的指令。类似的，do&while循环比while循环编译后生成的代码要短
&&&&&&& （五）函数调用优化
&&&&&&& C语言中，调用函数的第一步是传递参数给寄存器或堆栈。当函数的参数很多时，就要调用大量的堆栈空间，开销将会很大。当结构作为函数参数传递的内容时，编译器的第一步操作是把整个结构复制到堆栈，这种情况下堆栈空间的使用会非常大。此外，如果结构作为函数返回值，调用程序会把堆栈空间保留，把结构地址传递给函数同时调用函数，接着把函数返回。最后，调用程序需要再把堆栈空间清除，并把返回的结构拷贝到第二个结构当中。这样代码和堆栈的开销就会非常惊人。因此应禁止传递结构，一般用结构指针替代来避免这种开销，。
&&&&&&& （六）减少运算强度[3]&
&&&&&&& 使用运算量较小（但功能相同）的表达式代替复杂的表达式可以减少运算的强度。如：
&&&&&&& 平方运算&&&& 例如：b=pow(b，2.0)优化为：b=b*b
&&&&&&& 对于单片机（有内置硬件乘法器）而言，乘法运算要远远快于平方运算，因为实现浮点数的平方计算必须调用子程序。同时对于3次方，如：b=pow(b，3.0)改为b=b*b*b，效率的改善会更加显著。
&&&&&&& 求余运算&&& 例如：b%8优化为b=b&7
&&&&&&& b%8的代码长，执行速度较慢是因为对于大部分的C编译器而言，&%&运算必须调用子程序才能完成。然而位操作只要一个指令周期就可以完成。
&&&&&&& 乘除法移位运算&&&& 例如：a=a*4;b=b/4; 改为：a=a&&2;b=b&&2;
&&&&&&& 通常在需要乘、除2n的情况下，用移位的方法代替会减小运算的强度。
&&&&&&& （七）计算表格化[4]
&&&&&&& 在C语言程序中一般不要设计非常复杂的运算，如浮点数的开方等， ，因为这些运算既消耗时间又消费资源。对于这种运算应尽量查表，同时将数据表放在程序存储区，减少程序执行的工作量。另外，使用在线汇编、将常量以及字符串保存在程序存储器中，也有利于程序代码的优化
&&&&&&& 三、结束语
&&&&&&& 以上从多方面探讨了用C语言编程时如何可以实现方法的优化和效率的提高。为了最有效的用C语言编程，应该按照&程序在汇编语言中如何执行&的思想来编程。在编程过程中不断发现、总结、实践C编程的优化方法，这样才能更加突出C语言在功能、结构、可读性、可移植性、可维护性等方面的明显优势
参考文献：
[1]曾红兵.浅谈 8051 单片机编程中 C 语言代码优化[J].湖南冶金职业技术学院学报，2007(9).
[2]浅谈 C 代码优化与运用. 韩芝萍 .《农业网络信息》2009 年第 2 期，
[3]刘朝晖，郑玉墙.用C语言进行DSP软件设计的优化考虑.空军雷达学院学报， 2001 (6).
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