在嵌入式系统中优化C代码的技巧

C中的以下简单技巧专门用于程序内存空间优化. 这些对于处理具有有限闪存的低成本 8 位微控制器的嵌入式系统程序员特别有用。虽然在这种情况下汇编语言是最好的选择，但（几乎所有年轻的）硬件工程师现在更喜欢使用 C 语言，即使程序是一个相对较短的控制程序。这 10 个技巧已使用 XC8 编译器（v1.42，免费版）进行了测试，以显示在增强型中档 8 位 XLP PICmicro（PIC16F1824）上应用每个代码片段之前和之后所涉及的程序存储器字节量。这些代码片段除了提供概念证明之外没有什么特别之处。可以在本文末尾列出的参考资料中找到更聪明（和复杂）的技巧。

技巧#1： 尽可能使用简短的数学表达式。

示例 1：	改用：
void main(void) { int a, b ;     a = (b – 1) * 3 ; }	void main(void) { int a, b ;     a = (b – 1) ;   一 = 一 + 一 + 一 ; }
使用的程序存储器字节 = 50	使用的程序存储器字节 = 25

技巧 #2： 使用多个 if 指令（没有 else）来替换 switch 指令。switch 指令的每个 case（没有默认 case）都被替换为 if 指令（没有 else）。但是，如果 switch 指令以默认情况终止，则此技巧无关紧要。

示例 2：	改用：
void main(void) { int a, b ;     开关 (a)   { 案例 0: b = a + 5 ; 休息 ;     案例 1： b = a * 5 ；休息 ;     情况 2： b = a – 5 ；休息 ;   } }	void main(void) { int a, b ;     如果 (a == 0) b = a + 5 ;   如果 (a == 1) b = a * 5 ;   如果 (a == 2) b = a – 5 ; }
使用的程序存储器字节 = 79	使用的程序存储器字节 = 74

技巧 #3： 假设我们要扫描一组特定的键盘触摸（仅按字母顺序排列，不区分大小写）：

示例 3：	改用：（  这 也使代码运行得更快）
void main(void) { char chx ;     if (chx == 'a' || chx == 'A') b = a + 5 ;   if (chx == 'm' || chx == 'M') b = a – 10 ;   if (chx == 't' || chx == 'T') b = a * 25 ; }	void main(void) { char chx ;     //小写，   // 注意，仅按字母顺序   chx = chx | 0x20 ;   if (chx == 'a') b = a + 5 ;   if (chx == 'm') b = a – 10 ;   if (chx == 't') b = a * 25 ; }
使用的程序存储器字节 = 84	使用的程序存储器字节 = 77

技巧 #4： 尽可能使用 if 指令而不使用 else。在此代码中，我们假设条件 (a == 0) 更频繁地发生（在现实世界中使用设计时）。因此，我们首先提出： b = 0 ; 然后，我们用一个简单的 if 指令（没有 else）来考虑备用状态（不太频繁）。

示例 4：	改用：
void main(void) { int a, b, c ;     如果 (a == 0) b = 0 ; 否则 b = (a – c) * 100 ; }	void main(void) { int a, b, c ;    b = 0 ; 如果 (a) b = (a – c) * 100 ; }
使用的程序存储器字节 = 64	使用的程序内存字节 = 63 （可以忽略不计，但通常，代码源包含许多 if/else 指令

技巧 #5： 使用一维表，而不是二维表。将二维表（行索引 i 和列索引 j）转换为一维表（索引 k）相对容易，假设索引计算如下： k = i * N + j ；其中 N 是总列数。（所有索引都是从零开始的）

示例 5：	改用：
void main(void) {   const char *TabMois[] =                            {“一月”，“二月”，“三月”，“四月”，“五月”，“六月”，                            “七月”，“八月”，“九月”， “十月”、“十一月”、“十二月”} ;   char ch1 = TabMois[0][0]，ch2 = TabMois[0][1]，           ch3 = TabMois[0][2]； }	void main(void) {   const char TabMois[] =                    “JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec” ;   char ch1 = TabMois[0]，ch2 = TabMois[1]，           ch3 = TabMois[2]； }
使用的程序存储器字节 = 149	使用的程序存储器字节 = 68

技巧 #6： 在计算表达式时，尽可能使用整数值而不是浮点值。假设一个电池电压的值在 10.5 到 14.2 伏之间变化，步长为 0.1 伏。我们要计算每分钟的平均值（对于 1s 数据采集系统）。将 10 位数字计数测量值累积为整数变量，而不将其（每秒）转换为有意义的电压测量值（浮点值）。此转换仅在最后一步中进行一次。  

示例 6：	改用：
int Measure (unsigned int canal) { //这里涉及更多代码来配置运河    //...     return ((ADRESH<<8) + ADRESL) ; } void main(void) { float Vbat, Vmean=0 ; 整数一，cnt = 60；   while (cnt)    { if (TMR1IF) { Vbat = Measure(a) * 4.88 ;     Vmean += Vbat ; cnt-; TMR1IF = 0 ; }   }   Vmean /= 60 ; }	int Measure (unsigned int canal) { //这里涉及更多代码来配置运河    //...     return ((ADRESH<<8) + ADRESL) ; } void main(void) { float Vmean ; int a，cnt，Vbat，Vbat60=0；   while (cnt)    { if (TMR1IF) { Vbat = Measure(a) ; Vbat60 += Vbat ;     cnt-; TMR1IF = 0 ; }   }   Vmean = (Vbat60 * 4.88) / 60 ; }
使用的程序存储器字节 = 841	使用的程序存储器字节 = 570

技巧#7： 指令可以用多种方式编写。看看这个结构：

示例 7：	改用：
void main(void) {   for (a = 10 ; a > 0 ; a–) b = c + a ; }	void main(void) {   for (a = 10 ; a– ; ) b = c + a ; }
使用的程序存储器字节 = 43	使用的程序存储器字节 = 27

技巧 #8： 修改包含乘法与常数 k 的数学表达式，并修改它以使用除以 1/k

示例 8：	改用：
void main(void) { float a, b, c ;   a = (b + c) * 0.1 ; }	void main(void) { float a, b, c ;   a = (b + c) / 10.0 ; }
使用的程序存储器字节 = 570	使用的程序存储器字节 = 559

技巧 #9： 尽可能对 int 或 long 类型 使用无符号值。注意将数字保持在区间 {0, ..., INT_MAX} 或 {0, ..., LONG_MAX}

示例 9：	改用：
void main(void) { int Vbat ; // 1, 2, ..., 1023   Vbat = 1023 / Vbat ; //案例 1   Vbat = (2048L * 15) / Vbat ; //案例 2 }	void main(void) { int Vbat ; // 1, 2, ..., 1023   Vbat = 1023U / Vbat ; //案例 1   Vbat = (2048UL * 15) / Vbat ; //案例 2 }
情况 1：使用的程序存储器字节 = 102   情况 2：使用的程序存储器字节 = 160	情况 1：使用的程序存储器字节 = 73   情况 2：使用的程序存储器字节 = 114

技巧 #10： 在 if 指令中重新安排测试：

例 10：	改用：
void main(void) { int a, b ;   如果 (a – b) b = (a – 5) * 100 ; //情况 1   if (b > a) b = (a – 5) * 100 ; //情况 2   if (b – a > 0) b = (a – 5) * 100 ; //案例 3 }	void main(void) { int a, b ;   如果 (a != b) b = (a – 5) * 100 ; //情况 1   if (a < b) b = (a - 5) * 100 ; //情况 2   if (a – b < 0) b = (a - 5) * 100 ; //案例 3 }
情况 1：使用的程序存储器字节 = 67   情况 2：使用的程序存储器字节 = 62 情况 3：使用的程序存储器字节 = 77	情况 1：使用的程序存储器字节 = 58   情况 2：使用的程序存储器字节 = 62 情况 3：使用的程序存储器字节 = 65

　　审核编辑：汤梓红