高效的C編程之： 變量類型
ARMC編譯器支持基本的數(shù)據(jù)類型：char、short、int、longlong、float和double。表14.2說明了armcc對(duì)C語言所使用的數(shù)據(jù)類型的映射。
表14.2 C編譯器數(shù)據(jù)類型映射
C數(shù)據(jù)類型
表示的意義
char
無符號(hào)8位字節(jié)數(shù)據(jù)
short
有符號(hào)16位半字?jǐn)?shù)據(jù)
int
有符號(hào)32位字?jǐn)?shù)據(jù)
long
有符號(hào)32位字?jǐn)?shù)據(jù)
longlong
有符號(hào)64位雙字?jǐn)?shù)據(jù)
ARM指令集中，無論是數(shù)據(jù)處理指令還是數(shù)據(jù)加載/存儲(chǔ)指令，處理的數(shù)據(jù)類型不同，指令的執(zhí)行效率是不一樣的。本章將詳細(xì)討論，如何在程序中為變量分配合理的數(shù)據(jù)類型，來提高代碼的執(zhí)行效率。
14.8.1局部變量ARM屬于RISC的體系結(jié)構(gòu)，所有大多數(shù)的數(shù)據(jù)處理都是在32位的寄存器中進(jìn)行的?；谶@個(gè)原因，局部變量應(yīng)盡可能使用32位數(shù)據(jù)類型int或long。
注意
一些情況下不得不使用char或short類型，例如要使用char或short類型的數(shù)據(jù)溢出指令時(shí)歸零特性時(shí)，如模運(yùn)算255+1=0，就要使用char類型。
為了說明局部變量類型的影響，先來看一個(gè)簡單的例子。
charcharinc(chara)
{
returna+1;
}
編譯出的結(jié)果如下。
charinc
ADDa1,a1,#1
ANDa1,a1,#&ff
MOVpc,lr
再把上面的程序段中變量a聲明位int型，代碼如下。
intwordinc(inta)
{
returna+1;
}
比較一下編譯器輸出結(jié)果。
wordinc
ADDa1,a1,#1
MOVpc,lr
分析上面的兩段代碼不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把變量聲明為char型時(shí)，編譯器增加了額外的ADD指令來保證其范圍在0～255之間。
14.8.2有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)上一節(jié)討論了對(duì)于局部變量和函數(shù)參數(shù)，使用int型比使用char或short型要好。本節(jié)將對(duì)程序中的有符號(hào)整數(shù)（signedint）和無符號(hào)整數(shù)（unsignedint）的執(zhí)行效率進(jìn)行分析比較。
首先來看上一節(jié)的例子，如果將變量指定為有符號(hào)的半字類型（編譯器默認(rèn)short型為有符號(hào)類型），程序的源代碼如下。
shortshortinc(shorta)
{
returna+1;
}
編譯后的結(jié)果如下。
shortinc
ADDa1,a1,#1
MOVa1,a1,LSL#16
MOVa1,a1,ASR#16
MOVpc,lr
分析發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果比使用int型的變量多增加了兩條指令（LSL和ASR）。編譯器先將變量左移16位，然后右移16位，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)16位符號(hào)擴(kuò)展。右移是符號(hào)位擴(kuò)展移位，它復(fù)制了符號(hào)位來填充高16位。
通常情況下，如果程序中只有加法、減法和乘法，那么有符號(hào)和無符號(hào)數(shù)的執(zhí)行效率相差不大。但是，如果有了除法，情況就不一樣了。詳細(xì)內(nèi)容可參加除法運(yùn)算優(yōu)化一節(jié)。
14.8.3全局變量1．邊界對(duì)齊對(duì)于RISC體系結(jié)構(gòu)的處理器來說，訪問邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)要比訪問非對(duì)齊的數(shù)據(jù)更高效。表14.3顯示了ARM結(jié)構(gòu)下各數(shù)據(jù)類型所占的字節(jié)數(shù)。
表14.3 各數(shù)據(jù)類型所占字節(jié)數(shù)
C數(shù)據(jù)類型
所占字節(jié)數(shù)
char，singedchar，unsignedchar
1
short，unsignedshort
2
int，unsignedint，long，unsignedlong
4
float
4
double
4
longlong
4
變量定義雖然很簡單，但是也有很多值得注意的地方。先看下面的例子。
定義1：
chara;
shortb;
charc;
intd;
定義2：
chara;
charc;
shortb;
intd;
這里定義的4個(gè)變量形式都一樣，只是次序不同，卻導(dǎo)致了在最終映像中不同的數(shù)據(jù)布局，如同14.1所示，其中pad為無意義的填充數(shù)據(jù)。
圖14.1變量在數(shù)據(jù)區(qū)里的布局
從圖中可以看出，第二種方式節(jié)約了更多的存儲(chǔ)器空間。
由此可見，在變量聲明的時(shí)候需要考慮怎樣最佳的控制存儲(chǔ)器布局。當(dāng)然，編譯器在一定程度上能夠優(yōu)化這類問題，但最好的方法還是在編譯的時(shí)候把所有相同類型的變量放在一起定義。
2．訪問外部變量首先來看一個(gè)例子。下面的例子定義了一些全局變量，在main()中為這些變量賦值并將其打印輸出。
/************
*access.c*
************/
#include<stdio.h>
chartx;
charrx;
charbyte;
charc;
unsignedstate;
unsignedflags;
intmain()
{tx=1;
rx=2;
byte=3;
c=4;
state=5;
flags=6;
printf("%u%u%u%u%u%un",tx,rx,byte,c,state,flags);
return0;
}
使用armcc編譯，生成的代碼大小如下。
C$$code132
C$$data12
如果將全局變量聲明為extern，變量的定義在其他文件中，那么生成的代碼量將有所增加。
將全局變量聲明為extern，生成的代碼大小如下。
C$$code168
C$$data12
這是因?yàn)楫?dāng)將變量聲明為extern后，每次訪問變量編譯器都將從內(nèi)存重新加載，而不是使用內(nèi)存偏移，直接訪問。
下圖顯示編譯器對(duì)聲明為extern變量的訪問。
解決的辦法是將要從外部引用的extern變量定義在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。在程序中通過結(jié)構(gòu)體訪問外部變量。具體用法如下例所示。
/*************
*globals.h*
*************/
/*DECLARATIONSofglobals-includedinallsources*/
#ifdef__arm
structglobs
{chartx;
charrx;
圖14.2對(duì)extern變量的訪問
charbyte;
charc;
unsignedstate;
unsignedflags;
};
externstructglobsg;
#definetxg.tx
#definerxg.rx
#definebyteg.byte
#definecg.c
#definestateg.state
#defineflagsg.flags
#else
externchartx;
externcharrx;
externcharbyte;
externcharc;
externunsignedstate;
externunsignedflags;
#endif
/*************
*globals.c*
*************/
/*DEFINITIONSofglobals-singlesourcefile*/
#ifdef__arm
#include"globals.h"
structglobsg;
#else
chartx;
charrx;
charbyte;
charc;
unsignedstate;
unsignedflags;
#endif
/************
*access.c*
************/
#include<stdio.h>
#include"globals.h"
intmain()
{tx=1;
rx=2;
byte=3;
c=4;
state=5;
flags=6;
printf("%u%u%u%u%u%un",tx,rx,byte,c,state,flags);
return0;
}
將變量定義在結(jié)構(gòu)體內(nèi)有以下幾點(diǎn)好處。
·全局變量使用更小的內(nèi)存空間。（沒有使用結(jié)構(gòu)體占有24字節(jié)，而使用結(jié)構(gòu)體之后只占有12字節(jié)）
·全局變量被放置在ZI段而不是RW段，這樣就減少了ROM映像文件的大小。
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