14.8 變量類型
　　ARM C編譯器支持基本的數(shù)據(jù)類型：char、short、int、long long、float和double。表14.2說(shuō)明了armcc對(duì)C語(yǔ)言所使用的數(shù)據(jù)類型的映射。
　　表14.2 C編譯器數(shù)據(jù)類型映射
　　C數(shù)據(jù)類型表示的意義
　　char無(wú)符號(hào)8位字節(jié)數(shù)據(jù)
　　short有符號(hào)16位半字?jǐn)?shù)據(jù)
　　int有符號(hào)32位字?jǐn)?shù)據(jù)
　　long有符號(hào)32位字?jǐn)?shù)據(jù)
　　long long有符號(hào)64位雙字?jǐn)?shù)據(jù)
　　ARM指令集中，無(wú)論是數(shù)據(jù)處理指令還是數(shù)據(jù)加載/存儲(chǔ)指令，處理的數(shù)據(jù)類型不同，指令的執(zhí)行效率是不一樣的。本章將詳細(xì)討論，如何在程序中為變量分配合理的數(shù)據(jù)類型，來(lái)提高代碼的執(zhí)行效率。
　　14.8.1 局部變量
　　ARM屬于RISC的體系結(jié)構(gòu)，所有大多數(shù)的數(shù)據(jù)處理都是在32位的寄存器中進(jìn)行的?；谶@個(gè)原因，局部變量應(yīng)盡可能使用32位數(shù)據(jù)類型int或long。
　　注意一些情況下不得不使用char或short類型，例如要使用char或short類型的數(shù)據(jù)溢出指令時(shí)歸零特性時(shí)，如模運(yùn)算255+1=0，就要使用char類型。
　　為了說(shuō)明局部變量類型的影響，先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。
　　char charinc （char a）
　　{
　　return a + 1;
　　}
　　編譯出的結(jié)果如下。
　　charinc
　　ADD a1，a1，#1
　　AND a1，a1，#&ff
　　MOV pc，lr
　　再把上面的程序段中變量a聲明位int型，代碼如下。
　　int wordinc （int a）
　　{
　　return a + 1;
　　}
　　比較一下編譯器輸出結(jié)果。
　　wordinc
　　ADD a1，a1，#1
　　MOV pc，lr
　　分析上面的兩段代碼不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把變量聲明為char型時(shí)，編譯器增加了額外的ADD指令來(lái)保證其范圍在0～255之間。
　　14.8.2 有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)
　　上一節(jié)討論了對(duì)于局部變量和函數(shù)參數(shù)，使用int型比使用char或short型要好。本節(jié)將對(duì)程序中的有符號(hào)整數(shù)（signed int）和無(wú)符號(hào)整數(shù)（unsigned int）的執(zhí)行效率進(jìn)行分析比較。
　　首先來(lái)看上一節(jié)的例子，如果將變量指定為有符號(hào)的半字類型（編譯器默認(rèn)short型為有符號(hào)類型），程序的源代碼如下。
　　short shortinc （short a）
　　{
　　return a + 1;
　　}
　　編譯后的結(jié)果如下。
　　shortinc
　　ADD a1，a1，#1
　　MOV a1，a1，LSL #16
　　MOV a1，a1，ASR #16
　　MOV pc，lr
　　分析發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果比使用int型的變量多增加了兩條指令（LSL和ASR）。編譯器先將變量左移16位，然后右移16位，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)16位符號(hào)擴(kuò)展。右移是符號(hào)位擴(kuò)展移位，它復(fù)制了符號(hào)位來(lái)填充高16位。
　　通常情況下，如果程序中只有加法、減法和乘法，那么有符號(hào)和無(wú)符號(hào)數(shù)的執(zhí)行效率相差不大。但是，如果有了除法，情況就不一樣了。詳細(xì)內(nèi)容可參加除法運(yùn)算優(yōu)化一節(jié)。
　　14.8.3 全局變量
　　1．邊界對(duì)齊
　　對(duì)于RISC體系結(jié)構(gòu)的處理器來(lái)說(shuō)，訪問(wèn)邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)要比訪問(wèn)非對(duì)齊的數(shù)據(jù)更高效。表14.3顯示了ARM結(jié)構(gòu)下各數(shù)據(jù)類型所占的字節(jié)數(shù)。
　　表14.3 各數(shù)據(jù)類型所占字節(jié)數(shù)
　　C數(shù)據(jù)類型所占字節(jié)數(shù)
　　char，singed char，unsigned char1
　　short，unsigned short2
　　int，unsigned int，long，unsigned long4
　　float4
　　double4
　　long long4
　　變量定義雖然很簡(jiǎn)單，但是也有很多值得注意的地方。先看下面的例子。
　　定義1：
　　char a;
　　short b;
　　char c;
　　int d;
　　定義2：
　　char a;
　　char c;
　　short b;
　　int d;
　　這里定義的4個(gè)變量形式都一樣，只是次序不同，卻導(dǎo)致了在最終映像中不同的數(shù)據(jù)布局，如同14.1所示，其中pad為無(wú)意義的填充數(shù)據(jù)。
　　
　　圖14.1 變量在數(shù)據(jù)區(qū)里的布局
　　從圖中可以看出，第二種方式節(jié)約了更多的存儲(chǔ)器空間。
　　由此可見(jiàn)，在變量聲明的時(shí)候需要考慮怎樣最佳的控制存儲(chǔ)器布局。當(dāng)然，編譯器在一定程度上能夠優(yōu)化這類問(wèn)題，但最好的方法還是在編譯的時(shí)候把所有相同類型的變量放在一起定義。
　　2．訪問(wèn)外部變量
　　首先來(lái)看一個(gè)例子。下面的例子定義了一些全局變量，在main（ ）中為這些變量賦值并將其打印輸出。
　　/************
　　* access.c *
　　************/
　　#include 《stdio.h》
　　char tx;
　　char rx;
　　char byte;
　　char c;
　　unsigned state;
　　unsigned flags;
　　int main （）
　　{ tx = 1;
　　rx = 2;
　　byte = 3;
　　c = 4;
　　state = 5;
　　flags = 6;
　　printf（“%u %u %u %u %u %u\n”， tx， rx， byte， c， state， flags）;
　　return 0;
　　}
　　使用armcc編譯，生成的代碼大小如下。
　　C$$code 132
　　C$$data 12
　　如果將全局變量聲明為extern，變量的定義在其他文件中，那么生成的代碼量將有所增加。
　　將全局變量聲明為extern，生成的代碼大小如下。
　　C$$code 168
　　C$$data 12
　　這是因?yàn)楫?dāng)將變量聲明為extern后，每次訪問(wèn)變量編譯器都將從內(nèi)存重新加載，而不是使用內(nèi)存偏移，直接訪問(wèn)。
　　下圖顯示編譯器對(duì)聲明為extern變量的訪問(wèn)。
　　解決的辦法是將要從外部引用的extern變量定義在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。在程序中通過(guò)結(jié)構(gòu)體訪問(wèn)外部變量。具體用法如下例所示。
　　/*************
　　* globals.h *
　　*************/
　　/* DECLARATIONS of globals - included in all sources */
　　#ifdef __arm
　　struct globs
　　{ char tx;
　　char rx;
　　
　　圖14.2 對(duì)extern變量的訪問(wèn)
　　char byte;
　　char c;
　　unsigned state;
　　unsigned flags;
　　};
　　extern struct globs g;
　　#define tx g.tx
　　#define rx g.rx
　　#define byte g.byte
　　#define c g.c
　　#define state g.state
　　#define flags g.flags
　　#else
　　extern char tx;
　　extern char rx;
　　extern char byte;
　　extern char c;
　　extern unsigned state;
　　extern unsigned flags;
　　#endif
　　/*************
　　* globals.c *
　　*************/
　　/* DEFINITIONS of globals - single source file */
　　#ifdef __arm
　　# include “globals.h”
　　struct globs g;
　　#else
　　char tx;
　　char rx;
　　char byte;
　　char c;
　　unsigned state;
　　unsigned flags;
　　#endif
　　/************
　　* access.c *
　　************/
　　#include 《stdio.h》
　　#include “globals.h”
　　int main （）
　　{tx = 1;
　　rx = 2;
　　byte = 3;
　　c = 4;
　　state = 5;
　　flags = 6;
　　printf（“%u %u %u %u %u %u\n”， tx， rx， byte， c， state， flags）;
　　return 0;
　　}
　　將變量定義在結(jié)構(gòu)體內(nèi)有以下幾點(diǎn)好處。
　　· 全局變量使用更小的內(nèi)存空間。（沒(méi)有使用結(jié)構(gòu)體占有24字節(jié)，而使用結(jié)構(gòu)體之后只占有12字節(jié)）
　　· 全局變量被放置在ZI段而不是RW段，這樣就減少了ROM映像文件的大小。
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