如何優(yōu)化單片機中的C程序

1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(guān)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。


2、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(dāng)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(jié)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(shè)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。

3、使用自加、自減指令
通常使用自加、自減指令和復(fù)合賦值表達(dá)式(如a-=1及a+=1等)都能夠生成高質(zhì)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(zhì)量
的inc和dec之類的的代碼。

4、減少運算的強度
可以使用運算量小但功能相同的表達(dá)式替換原來復(fù)雜的的表達(dá)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=b/4;
可以改為：
a=a<<2;
b=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(jié)果，如：
a=a*9
可以改為：
a=(a<<3)+a

5、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(wù)可以把它們放到循環(huán)外面，這里的任務(wù)包
括表達(dá)式、函數(shù)的調(diào)用、指針運算、數(shù)組訪問等，應(yīng)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<1000;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(zhuǎn)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(yù)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<1000)
{
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)。

6、查表
在程序中一般不進行非常復(fù)雜的運算，如浮點數(shù)的乘除及開方等，以及一些復(fù)雜的
數(shù)學(xué)模型的插補運算，對這些即消耗時間又消費資源的運算，應(yīng)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(fù)計算的工作量。

7、其它
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