【技术分享】你知道C51循环语句中的小秘密吗
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#include <stdint.h> uint8_t while_inc(uint8_t ch) { uint8_t i = 0;
do { ch ++; }while (++i < 8); return ch; } |
#include <stdint.h> uint8_t while_dec(uint8_t ch) { uint8_t i = 0;/*不产生汇编代码*/ i = 8; do { ch ++; } while (--i); return ch; } |
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代码-1 用“++”判断的while代码段 |
代码-2 用“--”判断的while代码段 |
上面两段示例代码中，循环次数都一样，但是在有些平台中，时空效率却大不相同。以51架构单片机为例，我们来分析它编译出来的汇编代码。
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; FUNCTION _while_inc ;---- Variable 'ch' assigned to Register 'R7' ---- /* 用R7表示形参ch */ ;---- Variable 'i' assigned to Register 'R6' ----/*用R6表示局部变量i*/ 0000 E4 CLR A /* i = 0; */ 0001 FE MOV R6,A 0002 ?C0003: 0002 0F INC R7 /* ch++ */ ; 代码“while (++i < 8)”对应汇编语句 0003 0E INC R6 0004 EE MOV A, R6 0005 C3 CLR C 0006 9408 SUBB A, #08H 0008 40F8 JC ?C0003 000A ?C0004: 000A 22 RET |
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代码-3 “代码-1”编译得到的汇编代码段(C51平台) |
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; FUNCTION _while_dec ;---- /* 用R7表示形参ch 用R6表示局部变量i */ 0000 E4 CLR A /* uint8_t i = 0 令人困惑?? */ 0001 7E08 MOV R6,#08H /* i = 8; */ 0003 ?C0003: 0003 0F INC R7 /* ch++ */ ; 代码“while (--i)”对应汇编语句 0004 DEFD DJNZ R6,?C0003 0006 ?C0004: 0006 22 RET |
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代码-4 “代码-2”编译得到的汇编代码段(C51平台) |
从上述的汇编代码中，我们发现用“++”和“--”的两段代码，前者比后者的代码，在空间上多了4条指令共5个字节。时间上，由于这是一个循环语句，累计至少多花费了8次*4=32个指令周期，如果循环次数进一步加大，这一差距就不能忽视。
为何会有如此之多的差异？其本质原因是因为C51拥有一条“复合指令DJNZ”，其定义如下，意为：将“寄存器或者某个ram内的byte变量”的值减1，完事后判断不为0则跳转”。该指令融合了“算术运算 + 逻辑运算 + 跳转”三个功能。
而对于M3平台，两段代码并没有带来明显的时空差异。
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while_inc PROC MOVS r1,#0 |L1.2| ADDS r0,r0,#1 ADDS r1,r1,#1 UXTB r1,r1 UXTB r0,r0 CMP r1,#8 BCC |L1.2| BX lr ENDP |
while_dec PROC MOVS r1,#8 |L1.2| ADDS r0,r0,#1 SUBS r1,r1,#1 UXTB r0,r0 ANDS r1,r1,#0xff BNE |L1.2| BX lr ENDP |
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代码-5 “代码-1”的汇编代码段(M3平台) |
代码-6 “代码-2”的汇编代码段(M3平台) |
这两段汇编，前者之所以比后者多了一句“UXTB r1,r1”，因为加法的值需要32位和8位的数值转换，归零的减法不需要。这又应那个原则:“零值”操作效率较高。
因此，一个软件工程师，需要对其操作平台的指令系统有足够的熟悉，对基本C语句的汇编转换了然于心，才能写出高质、高效的代码。老工程师的价值，也体现在此。
另外值得一提的是，在这个实验中我发现一个比较有意思的现象：在函数while_dec中变量声明兼初始化代码“uint8_t i = 0;”，紧随其后就是“i = 8”的覆盖赋值代码。而它在C51平台编译器上，却产生了一个冗余代码“CLR A”，令人困惑。在M3平台的编译中，就没有这样的现象了。不管怎样，随着编译器越来越智能，变量声明时即刻初始化，是一个非常好的编程习惯，它不会对代码空间增加额外的负担。
