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变量的初始化技巧

黄忠 发布于 2021-10-28 17:55
收藏 0 回复 0 浏览 206 原创

由于在嵌入式系统中必须考虑程序规模的问题,因此,对程序中的变量的初始化也需要进行慎重的考虑。在C语言中,基本数据结构(字符型、整型)的初始化相对简单;数组、结构体属于C语言中的构造类型,其变量在初始化的时候相对复杂,也有一些比较特殊的技巧和方法。

数组的初始化

以下的代码是一个关于数组的初始化的示例:

image.png

从程序上来看,方式1直接使用数组初始化的方式,方式2使用了函数完成数组的赋值。方式3是方式2的等价形式。

从表面上来看方式1要简单很多,实际上,无论从代码的规模上,还是效率上,二者都没有太大区别。

方式1看似直接使用初始化的过程完成赋值,实际上对于类似char a[10]=abcde形式的语句,编译器还是需要做很多事情才能完成。a是函数中使用局部数组变量,开辟在栈内存空间上。当程序运行至fun处,不会凭空得到一段字符串,也就是说abcde必须有地方存放,这就是只读区(RO Data)。因此,程序运行赋值语句时,要在栈上开辟10个字节的空间,然后将调用内存复制函数将只读区的abcde复制到这个栈空间上。

由此可见,方式1和方式2的运行没有本质区别,只是方式1利用编译器完成的操作,方式2要在运行程序时完成,二者依赖的库不同,但是都是内存复制一类的功能,同时二者的abcde都需要占用只读数据区的空间。

从占用空间和运行效率上,方式1,方式2,方式3基本都是等价的。无论程序中有没有声明,abcde所占用的只读数据区(RO Data)都是必需的,复制的过程也是必需的。

方式4是直接把a定义为已初始化可读写的全局变量,在使用的时候直接操作。作为已初始化的全局变量(RW Data),将在程序总体初始化的阶段复制到内存中,而不是在函数调用的时候复制。其优点是不用在函数调用的时候完成内存复制操作,缺点是全局的数据会一直占用内存,而栈上数据将在函数退出的时候释放。

实质上,在数组的定义中,变量可以是全局变量或者局部变量,如果是全局变量,将会增加10字节已初始化的数据区(RW Data),初始化的内容将被放入,这段数据区是可读写的,对全局变量的访问就是对这段已初始化的数据区的访问。如果是局部变量,内容被放入只读数据区,函数运行到的时候要在栈上分配相应的数据区,把只读区的内容复制到栈上,对数组的访问是访问这段在栈上的内存。

结构体的初始化

在数组初始化的时候可以使用直接赋值的方式,而在结构体初始化的时候可以使用参数列表。这两种形式比较类似,因此结构体在初始化阶段和数组的情况是相似的。

例如:

image.png

结构体的两种初始化方式和上面数组的两种初始化方式有一定的对应关系。第一种方式使用成员列表的方式初始化,第二种使用对结构体成员变量赋值的方式。实质上,第1种方式编译器将自动生成一些指令完成变量a的初始化,而第2种方式编译器在处理Score a语句的时候只需要开辟栈空间,而在后面在对其每个成员进行赋值,开辟栈空间和赋值都是简单的处理语句,编译器没有做过多的工作。

在嵌入式系统中,对程序性能是非常敏感的,有以下几个方面的开销:首先是程序各段执行的效率,这是程序开销的主要方面,其次是函数的参数和返回值传递中入栈和出栈的时间。由于各个处理器一般都具有直接栈操作的指令(入栈和出栈),因此函数中使用的局部变量的可以使用处理器的基本的入栈和出栈指令来完成,这种指令的执行性能是很高的。但如果是为变量赋初值,虽然是C语言中基本的语法,却并不能以简单的方式处理,编译器实际上需要做一些附加的工作,来完成对局部变量的初始化。也就是说在程序中没有写出的语句,编译器也需要处理。根据以上的程序和分析,可见如果栈上变量需要初始化,有可能也会带来一定的开销。


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