-供需商情.jpg?orientation=landscape&width=800&height=600)
14.5 C循環(huán)結構
循環(huán)體是程序設計與優(yōu)化的重點考慮對象。本節(jié)將著重講解在ARM上處理for和while循環(huán)最有效的方法。
14.5.1 循環(huán)中止
首先來看下面的例子，兩個不同的循環(huán)退出條件，產(chǎn)生的不同匯編代碼。
C源程序如下所示。
int fact1 (int n)
{
int i, fact = 1;
for (i = 1; i <= n; i++)
fact *= i;
return (fact);
}
int fact2 (int n)
{
int i, fact = 1;
for (i = n; i != 0; i--)
fact *= i;
return (fact);
}
產(chǎn)生的匯編代碼如下所示。
fact1
MOV a3,#1
MOV a2,#1
CMP a1,#1
BLT |L000020.J5.fact1|
|L000010.J4.fact1|
MUL a3,a2,a3
ADD a2,a2,#1
CMP a2,a1
BLE |L000010.J4.fact1|
|L000020.J5.fact1|
MOV a1,a3
MOV pc,lr
fact2
MOVS a2,a1
MOV a1,#1
MOVEQ pc,lr
|L000034.J4.fact2|
MUL a1,a2,a1
SUBS a2,a2,#1
BNE |L000034.J4.fact2|
MOV pc,lr
從產(chǎn)生的匯編代碼中，可以看出兩個函數(shù)雖然實現(xiàn)的功能相同，但產(chǎn)生的代碼效率卻不盡相同。這里的關鍵是，循環(huán)的中止條件應為計數(shù)減到零（count down to zero），而不是計數(shù)增加到某個值。由于減計數(shù)結果已存儲在條件標志里，與零比較的指令就可以省略。同時也可以少用一個寄存器來存儲循環(huán)中止值。
|
注意 |
上面的例子使用了-O2 –Otime的編譯選項，如果使用-Ospace選項，編譯結果會有不同。 |
對循環(huán)計數(shù)值i來說，如果i是無符號的，則循環(huán)繼續(xù)的條件既可以是i！=0，也可以是i > 0。由于i不可能是負數(shù)，所以這兩個條件是等價的。而對一個有符號的循環(huán)計數(shù)值來說，最好不要用條件i > 0作為循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行的條件。如果使用i > 0作為循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行的條件，編譯器將生成下面的代碼。
SUB a2,a2,#1
CMP r1,＃0
BGT |L000034.J4.fact2|
這時，編譯器多增加了一條CMP指令，主要是為了防止有符號數(shù)i= −0x8000000?？傊?，無論對于有符號還是無符號的循環(huán)計數(shù)值，都應該使用i != 0作為循環(huán)的結束條件。對于有符號數(shù)i，這比使用i > 0少了一條指令。
14.5.2 循環(huán)展開
在14.5.1節(jié)中可以發(fā)現(xiàn)，每次循環(huán)需要在循環(huán)體外加兩條指令：一條減法指令來減少循環(huán)計數(shù)值和一條條件分支指令。通常這些指令稱為循環(huán)開銷（Loop Overhead）。在ARM7或ARM9處理器上，加法指令需要1個周期，條件分支指令需要3個周期，這樣每個循環(huán)就需要4個周期的開銷。
可以通過展開循環(huán)體（Loop Unrolling），即重復循環(huán)主體多次，同時按同樣的比例減少循環(huán)次數(shù)來降低循環(huán)開銷。
下面的例子通過將循環(huán)體展開4次，來達到減少循環(huán)開銷的目的。
int countbit1(uint n)
{ int bits = 0;
while (n != 0)
{
if (n & 1) bits++;
n >>= 1;
}
return bits;
}
將循環(huán)主體展開。
int countbit2(uint n)
{ int bits = 0;
while (n != 0)
{
if (n & 1) bits++;
if (n & 2) bits++;
if (n & 4) bits++;
if (n & 8) bits++;
n >>= 4;
}
return bits;
}
這里減少了4N的循環(huán)開銷（N=4，即循環(huán)體執(zhí)行的次數(shù)）。如果循環(huán)體中存在耗時的Store/Load指令，則代碼執(zhí)行效率的提高將更明顯。
ARM編譯器不會自動將循環(huán)體展開，只有用戶自己判斷何時將循環(huán)體展開，到底應該展開多少次，如果循環(huán)的次數(shù)不是循環(huán)展開的倍數(shù)該怎么辦？下面就將詳細討論，用戶編寫自己的循環(huán)展開程序時，需要注意的問題。
① 只有當循環(huán)展開對提高應用程序的整體性能非常重要時，才進行循環(huán)展開；否則反而會增加代碼尺寸。
② 應設法使循環(huán)的次數(shù)是循環(huán)展開的倍數(shù)。如果難以實現(xiàn)，那么就要增加額外的代碼來處理數(shù)組的剩余元素。這將增加少許代碼量，但可以保持較好的性能。
