嵌入式C语言源代码优化方案（非编译器优化），收藏了！
转自：嵌入式云IOT技术圈
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。
for(i=0;i<100;i++){
A=array[i++];
...
}指针运算：
p=array
while(!p){
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i值求数组下标的复杂运算。
2、使用尽量小的数据类型
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。
3、减少运算的强度
(1)查表 (游戏程序员必修课)
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。
(2)求余运算
a=a%8; 可以改为：a=a&7;
说明：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。
(3)平方运算
a=pow(a, 2.0); 可以改为：a=a*a;
a=pow(a，3.0); 更改为：a=a*a*a；
则效率的改善更明显。
(4)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;
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);
}(5)避免不必要的整数除法
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)；
(6)使用增量和减量操作符
在使用到加一和减一操作时尽量使用增量和减量操作符，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。
(7)使用复合赋值表达式
(8)提取公共的子表达式
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；4、结构体成员的布局
很多编译器有“使结构体字，双字或四字对齐”的选项。但是，还是需要改善结构体成员的对齐，有些编译器可能分配给结构体成员空间的顺序与他们声明的不同。但是，有些编译器并不提供这些功能，或者效果不好。所以，要在付出最少代价的情况下实现最好的结构体和结构体成员对齐，建议采取下列方法：
(1)按数据类型的长度排序
(2)把结构体填充成最长类型长度的整倍数
struct
{
char a[5]；
long k；
double x；
} baz；推荐的代码，新的顺序并手动填充了几个字节：
struct
{
double x；
long k；
char a[5]；
char pad[7]；
} baz；这个规则同样适用于类的成员的布局。
(3)按数据类型的长度排序本地变量
当编译器分配给本地变量空间时，它们的顺序和它们在源代码中声明的顺序一样，和上一条规则一样，应该把长的变量放在短的变量前面。如果第一个变量对齐了，其它变量就会连续的存放，而且不用填充字节自然就会对齐。有些编译器在分配变量时不会自动改变变量顺序，有些编译器不能产生4字节对齐的栈，所以4字节可能不对齐。下面这个例子演示了本地变量声明的重新排序：
不好的代码，普通顺序
short ga， gu， gi；
long foo， bar；
double x， y， z[3]；
char a， b；
float baz；推荐的代码，改进的顺序
double z[3]；
double x， y；
long foo， bar；
float baz；
short ga， gu， gi；(4)把频繁使用的指针型参数拷贝到本地变量
避免在函数中频繁使用指针型参数指向的值。因为编译器不知道指针之间是否存在冲突，所以指针型参数往往不能被编译器优化。这样数据不能被存放在寄存器中，而且明显地占用了内存带宽。注意，很多编译器有“假设不冲突”优化开关（在VC里必须手动添加编译器命令行/Oa或/Ow），这允许编译器假设两个不同的指针总是有不同的内容，这样就不用把指针型参数保存到本地变量。否则，请在函数一开始把指针指向的数据保存到本地变量。如果需要的话，在函数结束前拷贝回去。
不好的代码：
// 假设 q != r
void isqrt(unsigned long a， unsigned long* q， unsigned long* r)
{
*q = a；
if (a > 0)
{
while (*q > (*r = a / *q))
{
*q = (*q + *r) >> 1；
}
}
*r = a - *q * *q；
}// 假设 q != r
void isqrt(unsigned long a， unsigned long* q， unsigned long* r)
{
unsigned long qq， rr；
qq = a；
if (a > 0)
{
while (qq > (rr = a / qq))
{
qq = (qq + rr) >> 1；
}
}
rr = a - qq * qq；
*q = qq；
*r = rr；
}5、循环优化
(1)充分分解小的循环
不好的代码：
// 3D转化：把矢量 V 和 4x4 矩阵 M 相乘
for (i = 0；i < 4；i ++)
{
r[i] = 0；
for (j = 0；j < 4；j ++)
{
r[i] += M[j][i]*V[j]；
}
}推荐的代码：
r[0] = M[0][0]*V[0] + M[1][0]*V[1] + M[2][0]*V[2] + M[3][0]*V[3]；
r[1] = M[0][1]*V[0] + M[1][1]*V[1] + M[2][1]*V[2] + M[3][1]*V[3]；
r[2] = M[0][2]*V[0] + M[1][2]*V[1] + M[2][2]*V[2] + M[3][2]*V[3]；
r[3] = M[0][3]*V[0] + M[1][3]*V[1] + M[2][3]*V[2] + M[3][3]*v[3]；(2)提取公共部分
对于一些不需要循环变量参加运算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init的初始化程序中进行。
(3)延时函数
void delay (void)
{
unsigned int i;
for (i=0;i<1000;i++) ;
}将其改为自减延时函数：
void delay (void)
{
unsigned int i;
for (i=1000;i>0;i--) ;
}(4)while循环和do…while循环
unsigned int i;
i=0;
while (i<1000)
{
i++;
//用户程序
}或
unsigned int i;
i=1000;
do
{
i--;
//用户程序
}
while (i>0);在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。
(5)循环展开
这是经典的速度优化，但许多编译程序(如gcc -funroll-loops)能自动完成这个事，所以现在你自己来优化这个显得效果不明显。
for (i = 0; i < 100; i++)
{
do_stuff(i);
}新代码：
for (i = 0; i < 100; )
{
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
do_stuff(i); i++;
}(6)循环嵌套
把相关循环放到一个循环里，也会加快速度。
旧代码：
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;新代码：
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语句中根据发生频率来进行case排序
Switch 可能转化成多种不同算法的代码。其中最常见的是跳转表和比较链/树。当switch用比较链的方式转化时，编译器会产生if-else-if的嵌套代码，并按照顺序进行比较，匹配时就跳转到满足条件的语句执行。所以可以对case的值依照发生的可能性进行排序，把最有可能的放在第一位，这样可以提高性能。此外，在case中推荐使用小的连续的整数，因为在这种情况下，所有的编译器都可以把switch 转化成跳转表。
不好的代码：
int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；
...
switch (days_in_month)
{
case 28:
case 29:
short_months ++；
break；
case 30:
normal_months ++；
break；
case 31:
long_months ++；
break；
default:
cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；
break；
}推荐的代码：
int days_in_month， short_months， normal_months， long_months；
...
switch (days_in_month)
{
case 31:
long_months ++；
break；
case 30:
normal_months ++；
break；
case 28:
case 29:
short_months ++；
break；
default:
cout << "month has fewer than 28 or more than 31 days" << endl；
break；
}(8)将大的switch语句转为嵌套switch语句
当switch语句中的case标号很多时，为了减少比较的次数，明智的做法是把大switch语句转为嵌套switch语句。把发生频率高的case 标号放在一个switch语句中，并且是嵌套switch语句的最外层，发生相对频率相对低的case标号放在另一个switch语句中。比如，下面的程序段把相对发生频率低的情况放在缺省的case标号内。
pMsg=ReceiveMessage();
switch (pMsg->type)
{
case FREQUENT_MSG1:
handleFrequentMsg();
break;
case FREQUENT_MSG2:
handleFrequentMsg2();
break;
。。。。。。
case FREQUENT_MSGn:
handleFrequentMsgn();
break;
default: //嵌套部分用来处理不经常发生的消息
switch (pMsg->type)
{
case INFREQUENT_MSG1:
handleInfrequentMsg1();
break;
case INFREQUENT_MSG2:
handleInfrequentMsg2();
break;
。。。。。。
case INFREQUENT_MSGm:
handleInfrequentMsgm();
break;
}
}enum MsgType{Msg1， Msg2， Msg3}
switch (ReceiveMessage()
{
case Msg1;
。。。。。。
case Msg2;
。。。。。
case Msg3;
。。。。。
}为了提高执行速度，用下面这段代码来替换这个上面的switch语句。
/*准备工作*/
int handleMsg1(void);
int handleMsg2(void);
int handleMsg3(void);
/*创建一个函数指针数组*/
int (*MsgFunction [])()={handleMsg1， handleMsg2， handleMsg3};
/*用下面这行更有效的代码来替换switch语句*/
status=MsgFunction[ReceiveMessage()]();(9)循环转置
有些机器对JNZ(为0转移)有特别的指令处理，速度非常快，如果你的循环对方向不敏感，可以由大向小循环。
旧代码：
for (i = 1; i <= MAX; i++)
{
。。。
}新代码：
i = MAX+1;
while (--i)
{
。。。
}不过千万注意，如果指针操作使用了i值，这种方法可能引起指针越界的严重错误(i = MAX+1;)。当然你可以通过对i做加减运算来纠正，但是这样就起不到加速的作用，除非类似于以下情况：
旧代码：
char a[MAX+5];
for (i = 1; i <= MAX; i++)
{
*(a+i+4)=0;
}i = MAX+1;
while (--i)
{
*(a+i+4)=0;
}(10)公用代码块
一些公用处理模块，为了满足各种不同的调用需要，往往在内部采用了大量的if-then-else结构，这样很不好，判断语句如果太复杂，会消耗大量的时间的，应该尽量减少公用代码块的使用。(任何情况下，空间优化和时间优化都是对立的–东楼)。当然，如果仅仅是一个(3==x)之类的简单判断，适当使用一下，也还是允许的。记住，优化永远是追求一种平衡，而不是走极端。
(11)提升循环的性能
要提升循环的性能，减少多余的常量计算非常有用（比如，不随循环变化的计算）。
for( i 。。。)
{
if( CONSTANT0 )
{
DoWork0( i )；// 假设这里不改变CONSTANT0的值
}
else
{
DoWork1( i )；// 假设这里不改变CONSTANT0的值
}
}if( CONSTANT0 )
{
for( i 。。。)
{
DoWork0( i )；
}
}
else
{
for( i 。。。)
{
DoWork1( i )；
}
}(12)选择好的无限循环
在编程中，我们常常需要用到无限循环，常用的两种方法是while (1)和for (；；)。这两种方法效果完全一样，但那一种更好呢？然我们看看它们编译后的代码：
编译前：while (1)；
编译后：
mov eax，1
test eax，eax
je foo+23h
jmp foo+18h编译前：for (；；)；
编译后：jmp foo+23h
显然，for (；；)指令少，不占用寄存器，而且没有判断、跳转，比while (1)好。
6、提高CPU的并行性
(1)使用并行代码
double a[100]， sum；
int i；
sum = 0.0f；
for (i=0；i<100；i++)
sum += a[i]；double a[100]， sum1， sum2， sum3， sum4， sum；
int i；
sum1 = sum2 = sum3 = sum4 = 0.0；
for (i = 0；i < 100；i += 4)
{
sum1 += a[i]；
sum2 += a[i+1]；
sum3 += a[i+2]；
sum4 += a[i+3]；
}
sum = (sum4+sum3)+(sum1+sum2)；要注意的是：使用4路分解是因为这样使用了4段流水线浮点加法，浮点加法的每一个段占用一个时钟周期，保证了最大的资源利用率。
(2)避免没有必要的读写依赖
float x[VECLEN]， y[VECLEN]， z[VECLEN]；
。。。。。。
for (unsigned int k = 1；k < VECLEN；k ++)
{
x[k] = x[k-1] + y[k]；
}
for (k = 1；k <VECLEN；k++)
{
x[k] = z[k] * (y[k] - x[k-1])；
}float x[VECLEN]， y[VECLEN]， z[VECLEN]；
。。。。。。
float t(x[0])；
for (unsigned int k = 1；k < VECLEN；k ++)
{
t = t + y[k]；
x[k] = t；
}
t = x[0]；
for (k = 1；k <；VECLEN；k ++)
{
t = z[k] * (y[k] - t)；
x[k] = t；
}7、循环不变计算
total = a->b->c[4]->aardvark + a->b->c[4]->baboon + a->b->c[4]->cheetah + a->b->c[4]->dog;新代码：
struct animals * temp = a->b->c[4];
total = temp->aardvark + temp->baboon + temp->cheetah + temp->dog;float a， b， c， d， f， g;
。。。
a = b / c * d;
f = b * g / c;这种写法当然要得，但是没有优化
float a， b， c， d， f， g;
。。。
a = b / c * d;
f = b / c * g;如果这么写的话，一个符合ANSI规范的新的编译器可以只计算b/c一次，然后将结果代入第二个式子，节约了一次除法运算。
8、函数优化
(1)Inline函数
(2)不定义不使用的返回值
(3)减少函数调用参数
(4)所有函数都应该有原型定义
一般来说，所有函数都应该有原型定义。原型定义可以传达给编译器更多的可能用于优化的信息。
(5)尽可能使用常量(const)
尽可能使用常量(const)。C++ 标准规定，如果一个const声明的对象的地址不被获取，允许编译器不对它分配储存空间。这样可以使代码更有效率，而且可以生成更好的代码。
(6)把本地函数声明为静态的(static)
如果一个函数只在实现它的文件中被使用，把它声明为静态的(static)以强制使用内部连接。否则，默认的情况下会把函数定义为外部连接。这样可能会影响某些编译器的优化——比如，自动内联。
9、采用递归
10、变量
在最内层循环避免使用全局变量和静态变量，除非你能确定它在循环周期中不会动态变化，大多数编译器优化变量都只有一个办法，就是将他们置成寄存器变量，而对于动态变量，它们干脆放弃对整个表达式的优化。尽量避免把一个变量地址传递给另一个函数，虽然这个还很常用。C语言的编译器们总是先假定每一个函数的变量都是内部变量，这是由它的机制决定的，在这种情况下，它们的优化完成得最好。但是，一旦一个变量有可能被别的函数改变，这帮兄弟就再也不敢把变量放到寄存器里了，严重影响速度。看例子：
a = b();
c(&d);
因为d的地址被c函数使用，有可能被改变，编译器不敢把它长时间的放在寄存器里，一旦运行到c(&d)，编译器就把它放回内存，如果在循环里，会造成N次频繁的在内存和寄存器之间读写d的动作，众所周知，CPU在系统总线上的读写速度慢得很。比如你的赛杨300，CPU主频300，总线速度最多66M，为了一个总线读，CPU可能要等4-5个周期，得。。得。。得。。想起来都打颤。
11、使用嵌套的if结构
说明：上面的优化方案由王全明收集整理。
很多资料来源于网上，出处不祥，在此对所有作者一并致谢！
注意：优化是有侧重点的，优化是一门平衡的艺术，它往往要以牺牲程序的可读性或者增加代码长度为代价。
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