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DSP程序优化方法(1)

2013年07月07日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2823字 ⁄ 字号 评论关闭

1、选择合适的算法和数据结构

    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。

    在许多种情况下,可以用指针运算代替数组索引,这样做常常能产生又快又短的代码。与数组索引相比,指针一般能使代码速度更快,占用空间更少。使用多维数组时差异更明显。下面的代码作用是相同的,但是效率不一样。

    数组索引                 指针运算

    For(;;){                 p=array

    A=array[t++];            for(;;){

                                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 t 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。

    ICCAVR 中,可以在 Options 中设定使用 printf 参数,尽量使用基本型参数 (%c %d %x %X %u %s 格式说明符 ) ,少用长整型参数 (%ld %lu %lx %lX 格式说明符 ) ,至于浮点型的参数 (%f) 则尽量不要使用,其它 C 编译器也一样。在其它条件不变的情况下,使用 %f 参数,会使生成的代码的数量增加很多,执行速度降低。

 

3、减少运算的强度

 

1)、查表(游戏程序员必修课)

 

一个聪明的游戏大虾,基本上不会在自己的主循环里搞什么运算工作,绝对是先计算好了,再到循环里查表。看下面的例子:

 

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;

 

    }

 

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;

 

说明:在有内置硬件乘法器的单片机中 ( 51 系列 ) ,乘法运算比求平方运算快得多,因为浮点数的求平方是通过调用子程序来实现的,在自带硬件乘法器的 AVR 单片机中,如 ATMega163 中,乘法运算只需 2 个时钟周期就可以完成。既使是在没有内置硬件乘法器的 AVR 单片机中,乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短,执行速度快。

 

如果是求 3 次方,如:

 

    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;

 

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码,而乘以其它的整数或除以任何数,均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。实际上,只要是乘以或除以一个整数,均可以用移位的方法得到结果,如:

 

    a=a*9

 

可以改为:

 

a=(a<<3)+a

 

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

 

  整数除法是整数运算中最慢的,所以应该尽可能避免。一种可能减少整数除法的地方是连除,这里除法可以由乘法代替。这个替换的副作用是有可能在算乘积时会溢出,所以只能在一定范围的除法中使用。

 

            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       ; x 从内存取出存入累加器 A

 

    add A 1         ; 累加器 A 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 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

 

复合赋值表达式 ( a-=1 a+=1 ) 都能够生成高质量的程序代码。

 

8)、提取公共的子表达式

 

在某些情况下, C++ 编译器不能从浮点表达式中提出公共的子表达式,因为这意味着相当于对表达式重新排序。需要特别指出的是,编译器在提取公共子表达式前不能按照代数的等价关系重新

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