C语言编程规范6: 程序效率

我们不仅要写高效的代码，还要写可读性很强的代码，随着我们所开发系统的复杂性的不断提高，这就要求我们所写的程序具有3个特性：1、可读性；2、可多人协作性；3、可移植性。但是，像我们这样电子专业毕业的学生，都没有接受过“软件设计方法论”、“操作系统原理”等课程的深入训练，这就使我们所写的程序与软件专业工程师所写的程序具有较大的差距，这些问题使得公司在程序的代码维护上面临着诸多的困难。这种窘境需要打破！

本文从“C语言编程规范”着手，着重讲授如何书写规范性的C语言程序代码，文中所举实例，均为知名公司所采用的C语言规范。按照本系列课程严格要求自己规范性编写C语言代码，可使得我们书写的程序给人耳目一新的感觉，易于阅读，并避免潜在的逻辑性错误的发生。

程序效率：

A、编程时要经常注意代码的效率。
说明：代码效率分为全局效率、局部效率、时间效率及空间效率。全局效率是站在整个系统的角度上的系统效率；局部效率是站在模块或函数角度上的效率；时间效率是程序处理输入任务所需的时间长短；空间效率是程序所需内存空间，如机器代码空间大小、数据空间大小、栈空间大小等。
B、在保证软件系统的正确性、稳定性、可读性及可测性的前提下，提高代码效率。
说明：不能一味地追求代码效率，而对软件的正确性、稳定性、可读性及可测性造成影响。
C、局部效率应为全局效率服务，不能因为提高局部效率而对全局效率造成影响。
D、通过对系统数据结构的划分与组织的改进，以及对程序算法的优化来提高空间效率。
说明：这种方式是解决软件空间效率的根本办法。
示例：如下记录学生学习成绩的结构不合理。
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short WORD;
typedef struct STUDENT_SCORE_STRU
{
BYTE name[8];
BYTE age;
BYTE sex;
BYTE class;
BYTE subject;
float score;
} STUDENT_SCORE;
因为每位学生都有多科学习成绩，故如上结构将占用较大空间。应如下改进（分为两个结构），总的存贮空间将变小，操作也变得更方便。
typedef struct STUDENT_STRU
{
BYTE name[8];
BYTE age;
BYTE sex;
BYTE class;
} STUDENT;
typedef struct STUDENT_SCORE_STRU
{
WORD student_index;
BYTE subject;
float score;
} STUDENT_SCORE;
E、循环体内工作量最小化。
说明：应仔细考虑循环体内的语句是否可以放在循环体之外，使循环体内工作量最小，从而提高程序的时间效率。
示例：如下代码效率不高。
for (ind = 0; ind < MAX_ADD_NUMBER; ind++)
{
sum += ind;
back_sum = sum; /* backup sum */
}
语句“back_sum = sum;”完全可以放在for语句之后，如下。
for (ind = 0; ind < MAX_ADD_NUMBER; ind++)
{
sum += ind;
}
back_sum = sum; /* backup sum */
F、仔细分析有关算法，并进行优化
G、仔细考查、分析系统及模块处理输入（如事务、消息等）的方式，并加以改进。
H、对模块中函数的划分及组织方式进行分析、优化，改进模块中函数的组织结构，提高程序效率。
说明：软件系统的效率主要与算法、处理任务方式、系统功能及函数结构有很大关系，仅在代码上下功夫一般不能解决根本问题。
I、编程时，要随时留心代码效率；优化代码时，要考虑周全。
J、不应花过多的时间拼命地提高调用不很频繁的函数代码效率。
说明：对代码优化可提高效率，但若考虑不周很有可能引起严重后果。
K、要仔细地构造或直接用汇编编写调用频繁或性能要求极高的函数。
说明：只有对编译系统产生机器码的方式以及硬件系统较为熟悉时，才可使用汇编嵌入方式。嵌入汇编可提高时间及空间效率，但也存在一定风险。
L、在保证程序质量的前提下，通过压缩代码量、去掉不必要代码以及减少不必要的局部和全局变量，来提高空间效率。
说明：这种方式对提高空间效率可起到一定作用，但往往不能解决根本问题。
M、在多重循环中，应将最忙的循环放在最内层。
说明：减少CPU切入循环层的次数。
示例：如下代码效率不高。
for (row = 0; row < 100; row++)
{
for (col = 0; col < 5; col++)
{
sum += a[row][col];
}
}
可以改为如下方式，以提高效率。
for (col = 0; col < 5; col++)
{
for (row = 0; row < 100; row++)
{
sum += a[row][col];
}
}
N、尽量减少循环嵌套层次
O、避免循环体内含判断语句，应将循环语句置于判断语句的代码块之中。
说明：目的是减少判断次数。循环体中的判断语句是否可以移到循环体外，要视程序的具体情况而言，一般情况，与循环变量无关的判断语句可以移到循环体外，而有关的则不可以。
示例：如下代码效率稍低。
for (ind = 0; ind < MAX_RECT_NUMBER; ind++)
{
if (data_type == RECT_AREA)
{
area_sum += rect_area[ind];
}
else
{
rect_length_sum += rect[ind].length;
rect_width_sum += rect[ind].width;
}
}
因为判断语句与循环变量无关，故可如下改进，以减少判断次数。
if (data_type == RECT_AREA)
{
for (ind = 0; ind < MAX_RECT_NUMBER; ind++)
{
area_sum += rect_area[ind];
}
}
else
{
for (ind = 0; ind < MAX_RECT_NUMBER; ind++)
{
rect_length_sum += rect[ind].length;
rect_width_sum += rect[ind].width;
}
}
P、尽量用乘法或其它方法代替除法，特别是浮点运算中的除法
说明：浮点运算除法要占用较多CPU资源。
示例：如下表达式运算可能要占较多CPU资源。
#define PAI 3.1416
radius = circle_length / (2 * PAI);
应如下把浮点除法改为浮点乘法。
#define PAI_RECIPROCAL (1 / 3.1416 ) // 编译器编译时，将生成具体浮点数
radius = circle_length * PAI_RECIPROCAL / 2;
Q、不要一味追求紧凑的代码。

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