如何编写高效的单片机代码？
如何编写高效的单片机代码？
在单片机开发中，编写高效的代码不仅能提升程序性能，还能降低成本。本文从位操作、数据类型选择、算法优化等多个维度，分享了实用的代码优化技巧，帮助开发者写出更精良的嵌入式程序。
单片机的程序比软件开发要少一些，但真正想编写出高效的代码，还是需要积累很多年的经验。在做研发工程师的10年里，作者经历过几个公司，看过很多工程师写的代码，但真正能让人眼前一亮的，却极少。即使是大厂工程师，也可能会写出让人啼笑皆非的代码。
高效的代码背后，有很多学问，需要有一定的数学功底，对编译器有较深的了解，懂汇编。具备这些能力，写出来的代码，才能让CPU执行这段代码所花费的时间，以及占用的ROM和RAM资源更少。
然而，如果把项目每个细节都优化到高效的程度，花费的时间，是平时的两倍。所以，我们在做项目时，一般只优化核心功能，才能赶上项目的进度，除非经验相当丰富。
下面分享几点高效代码的技巧：
1. 使用位操作代替算术操作
位操作通常比算术操作更快。例如，可以使用左移、右移替代乘除法。
比如：
a = b * 256
可以改成：
a = b << 8
比如：
a = b / 256
可以改成：
a = b >> 8
2. 避免不必要的操作
去除代码中不必要的操作，如多余的变量赋值、函数调用等。
3. 控制数据类型大小
- 特别是尽量别用
float，浮点运算通常需要更多的CPU周期和内存空间，因为浮点数的表示和运算比整数复杂，除非单片机内置了硬件浮点单元（FPU）。 - 能用
unsigned就不用signed，无符号整数的运算可能比有符号整数更快，因为不需要处理符号位。 - 能用
char就不用int，较小的数据类型在处理和传输时更快，因为它们占用的内存和带宽更少。特别对于存储大量数据的数组或缓冲区，使用char类型可以显著减少内存占用。
4. 利用硬件资源
比如说STM32单片机，可以利用DMA传输数据，减少CPU负载。
5. 代码重用
一些重复的代码，通过函数或宏来重用代码。
6. 自加、自减指令
用i--、i-=1、i++、i+=1去替代i = i-1，i=i+1的操作，有些编译器对前者进行了优化，效率更高。
7. 优化算法
以计算1到100的和为例。我们可能会首先想到使用循环来写程序：
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
sum += i;
}
这种方法虽然直观，但在效率上可能不是最优的。
那怎么去优化？这时候就要考验工程师的数学功底了。可以根据等差数列求和公式，1到100的和可以表示为：
将这个公式应用到代码中：
int n = 100;
int sum = (1 + n) * n / 2;
对以上两种实现代码的总结：
尽管程序都能得到相同的结果，但是第二种方法在运行效率上明显优于第一种。因为它避免了循环的开销，直接通过数学公式计算出结果。
在编写单片机代码时，尽量通过数学方法，或其他算法技巧，提高程序的执行效率。这不仅可以减少了CPU的计算时间，还能减少程序占用的内存空间，从而提高整体性能。
插个题外话，之前很多老铁问我，数学不好，可以学单片机吗？我觉得这就是一个很好的例子，数学不是门槛，而是天花板。第一种实现方式，是小学算数水平，但效率低。第二种，则需要一定的数学能力，但效率高。那同样都能实现功能，效率低点就低点呗，有什么所谓？其实这个会间接影响到硬件成本。比如数学功底好的，可以用低端单片机去实现功能，而数学功底不好的，写出来代码效率低，则需要性能更强的单片机支撑。不过，很多产品，对效率的要求并没这么苛刻，哪怕用第一种方式，照样没问题。