高效的C编程之： 函数调用

保存/恢复寄存器的操作，因此执行效率比一般函数要高。

当函数中必须对一些寄存器进行保存时，可以使用高效率的多寄存器存储指令STM，对需要保存的寄存器内存一次性存储。

正是由于叶子函数执行的高效性，所以在编程时，尽量将子程序编写为叶子函数，这样即使程序中多次调用也不会影响代码性能。

为了高效的调用函数，可以遵循下面函数调用原则。

· 避免在被频繁调用的函数中调用其他函数，以保证被频繁调用的函数被编译器编译为叶子函数。

· 把比较小的被调用函数和调用函数放在同一个源文件中，并且要先定义后调用，编译器就可以优化函数调用或内联较小的函数。

· 对性能影响较大的重要函数可使用关键字_inline进行内联。

14.9.4 嵌套优化

一个函数如果在其结束时调用了另一个函数，则编译器使用B指令调转到被调用函数，而非BL指令。这样就避免了一级不必要的函数返回。图14.3显示了嵌套优化的调用过程。

图14.3 嵌套优化函数调用过程

当编译时使用-O1或-O2选项时，编译器都执行这种嵌套优化。需要注意的是，当函数中引用了局部变量地址，由于指针别名问题的影响，即使函数在返回时调用了其他函数，编译器也不会使用嵌套优化。

下面通过一个例子来分析嵌套优化是如何提高代码执行效率的。

extern int func2(int);

int func1 (int a, int b)

{ if (a > b)

return (func2(a - b));

else

return (func2(b - a));

}

编译后的代码如下所示。

func1

CMP a1,a2

SUBLE a1,a2,a1

SUBGT a1,a1,a2

B func2

首先，func1中使用B指令代替BL指令，不用担心lr寄存器被破坏，减少了对寄存器压栈保护操作。另外，程序直接从func2返回到调用func1的函数，减少一次函数返回。如果说正常的指令调用过程为：

BL + BL+ MOV pc，lr + MOV pc，lr

那么经过嵌套优化的函数调用过程就可以表示为：

BL + BL+ MOV pc，lr

这样，总的开销将减少25％。

14.9.5 单纯子函数

所谓单纯子函数（Pure Functions）是指那些函数返回值只和调用参数有关。换句话说，就是如果调用函数的参数相同，那么函数的返回结果也相同。如果程序中存在这样的函数，可以在函数定义时使用_pure进行声明，这样在程序编译时编译器会根据函数的调用情况对其进行优化。

下面的例子显示了当函数用_pure声明时，编译器对其所做的优化。

程序源码文件如下。

int square(int x)

{

return x * x;

}

int f(int n)

{

return square(n) + square(n)

}

编译后的结果如下。

square

MOV a2,a1

MUL a1,a2,a2

MOV pc,lr

f

STMDB sp!,{lr}

MOV a3,a1

BL square

MOV a4,a1

MOV a1,a3

BL square

ADD a1,a4,a1

LDMIA sp!,{pc}

上面的程序中，square函数为"单纯子函数"，当使用_pure声明该函数时编译器在调用该函数时，将对程序进行优化。

声明的方法和编译后的结果如下所示。

__pure int square(int x)

{

return x * x;

}

f

STMDB sp!,{lr}

BL square

MOV a1,a1,LSL #1

LDMIA sp!,{pc}

从编译后的代码中可以看到，用_pure声明的函数在f函数中只调用了一次。

虽然"单纯子函数"可以提高代码执行效率，但同时也会带来一些负面影响。比如，在"单纯子函数"中，不能直接或间接访问内存地址。所以在程序中使用"单纯子函数"时要特别小心。

另外，还可以使用#pragma声明"单纯子函数"，下面的代码显示了它的声明过程。

#pragma no_side_effects

/* function definition */

#pragma side_effects

14.9.6 内嵌函数

ARM编译器支持函数内嵌功能。使用关键字"_inline"声明函数，可以使函数内嵌。下面的例子显示了如何使用函数内嵌功能。

程序源文件如下。

__inline int square(int x)

{

return x * x;

}

#include <math.h>

double length(int x, int y)

{

return sqrt(square(x) + square(y));

}

编译结果如下所示。

length

STMDB sp!,{lr}

MUL a3,a1,a1

MLA a1,a2,a2,a3