作為過來人，我發(fā)現(xiàn)很多程序猿新手，在編寫代碼的時候，特別喜歡定義很多獨立的全局變量，而不是把這些變量封裝到一個結(jié)構(gòu)體中，主要原因是圖方便，但是要知道，這其實是一個不好的習(xí)慣，而且會降低整體代碼的性能。
另一方面，最近有幸與ARM公司的大神【裸機思維】的傻孩子交流的時候，他聊到：“其實Cortex在架構(gòu)層面就是更偏好面向?qū)ο蟮模呐履阒皇鞘褂昧私Y(jié)構(gòu)體），其表現(xiàn)形式就是：Cortex所有的尋址模式都是間接尋址——換句話說一定依賴一個寄存器作為基地址。
舉例來說，同樣是訪問外設(shè)寄存器，過去在8位和16位機時代，人們喜歡給每一個寄存器都單獨綁定地址——當(dāng)作全局變量來訪問，而現(xiàn)在Cortex在架構(gòu)上更鼓勵底層驅(qū)動以寄存器頁（也就是結(jié)構(gòu)體）為單位來定義寄存器，這也就是說，同一個外設(shè)的寄存器是借助擁有同一個基地址的結(jié)構(gòu)體來訪問的。”
以Cortex A9架構(gòu)為前提，下面一口君詳細(xì)給你解釋為什么使用結(jié)構(gòu)體效率會更高一些。
一、全局變量反匯編
1. 源文件
gcd.s
.text
.global _start
_start:
ldr sp,=0x70000000 /*get stack top pointer*/
b main
main.c
/*
* main.c
*
* Created on: 2020-12-12
* Author: pengdan
*/
int xx=0;
int yy=0;
int zz=0;
int main(void)
{
xx=0x11;
yy=0x22;
zz=0x33;
while(1);
return 0;
}
map.lds
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x40008000;
. = ALIGN(4);
.text :
{
gcd.o(.text)
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.rodata :
{ *(.rodata) }
. = ALIGN(4);
.data :
{ *(.data) }
. = ALIGN(4);
.bss :
{ *(.bss) }
}
Makefile
TARGET=gcd
TARGETC=main
all:
arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -c -o $(TARGETC).o $(TARGETC).c
arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s
arm-none-linux-gnueabi-gcc -O1 -g -S -o $(TARGETC).s $(TARGETC).c
arm-none-linux-gnueabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds -o $(TARGET).elf
arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin
arm-none-linux-gnueabi-objdump -D $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
clean:
rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin
【交叉編譯工具，自行搜索安裝】
2. 反匯編結(jié)果：
由上圖可知，每存儲1個int型全局變量需要8個字節(jié)，
literal pool （文字池）占用4個字節(jié)
literal pool的本質(zhì)就是ARM匯編語言代碼節(jié)中的一塊用來存放常量數(shù)據(jù)而非可執(zhí)行代碼的內(nèi)存塊。
使用literal pool （文字池）的原因
當(dāng)想要在一條指令中使用一個 4字節(jié)長度的常量數(shù)據(jù)（這個數(shù)據(jù)可以是內(nèi)存地址，也可以是數(shù)字常量）
的時候，由于ARM指令集是定長的（ARM指令4字節(jié)或Thumb指令2字節(jié)），所以就無法把這個4字節(jié)
的常量數(shù)據(jù)編碼在一條編譯后的指令中。此時，ARM編譯器（編譯C源程序）/匯編器（編譯匯編程序）
就會在代碼節(jié)中分配一塊內(nèi)存，并把這個4字節(jié)的數(shù)據(jù)常量保存于此，之后，再使用一條指令把這個4 字
節(jié)的數(shù)字常量加載到寄存器中參與運算。
在C源代碼中，文字池的分配是由編譯器在編譯時自行安排的，在進行匯編程序設(shè)計時，開發(fā)者可以自己
進行文字池的分配，如果開發(fā)者沒有進行文字池的安排，那么匯編器就會代勞。
bss段占用4個字節(jié)
每訪問1次全局變量，總共需要3條指令，訪問3次全局變量用了12條指令。
14. 通過當(dāng)前pc值40008018偏移32個字節(jié)，找到xx變量的鏈接地址40008038，然后取出其內(nèi)容40008044存放在r3中，該值就是xx在bss段的地址
15. 通過將立即數(shù)0x11即#17賦值給r2
16. 將r2的內(nèi)讓那個寫入到r3對應(yīng)的指向的內(nèi)存，即xx標(biāo)號對應(yīng)的內(nèi)存中
二、結(jié)構(gòu)體反匯編
1. 修改main.c如下：
/*
2 * main.c
3 *
4 * Created on: 2020-12-12
5 * Author: 一口Linux
6 */
7 struct
8 {
9 int xx;
10 int yy;
11 int zz;
12 }peng;
13 int main(void)
14 {
15 peng.xx=0x11;
16 peng.yy=0x22;
17 peng.zz=0x33;
18
19 while(1);
20 return 0;
21 }
2. 反匯編代碼如下：
由上圖可知：
- 結(jié)構(gòu)體變量peng位于bss段，地址是4000802c
- 訪問結(jié)構(gòu)體成員也需要利用pc找到結(jié)構(gòu)體變量peng對應(yīng)的文字池中地址40008028，然后間接找到結(jié)構(gòu)體變量peng地址4000802c
與定義成3個全局變量相比，優(yōu)點：
- 結(jié)構(gòu)體的所有成員在literal pool 中共用同一個地址；而每一個全局變量在literal pool 中都有一個地址，節(jié)省了8個字節(jié)。
- 訪問結(jié)構(gòu)體其他成員的時候，不需要再次裝載基地址，只需要2條指令即可實現(xiàn)賦值；訪問3個成員，總共需要7條指令，節(jié)省了5條指令
彩！
所以對于需要大量訪問結(jié)構(gòu)體成員的功能函數(shù)，所有訪問結(jié)構(gòu)體成員的操作只需要加載一次基地址即可。
使用結(jié)構(gòu)體就可以大大的節(jié)省指令周期，而節(jié)省指令周期對于提高cpu的運行效率自然不言而喻。
所以，重要問題說3遍
盡量使用結(jié)構(gòu)體 盡量使用結(jié)構(gòu)體 盡量使用結(jié)構(gòu)體
三、繼續(xù)優(yōu)化
那么指令還能不能更少一點呢？ 答案是可以的， 修改Makefile如下：
TARGET=gcd
TARGETC=main
all:
arm-none-linux-gnueabi-gcc -Os -lto -g -c -o $(TARGETC).o $(TARGETC).c
arm-none-linux-gnueabi-gcc -Os -lto -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s
arm-none-linux-gnueabi-gcc -Os -lto -g -S -o $(TARGETC).s $(TARGETC).c
arm-none-linux-gnueabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Tmap.lds -o $(TARGET).elf
arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin
arm-none-linux-gnueabi-objdump -D $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
clean:
rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin
仍然用第二章的main.c文件
執(zhí)行結(jié)果
可以看到代碼已經(jīng)被優(yōu)化到5條。
14. 把peng的地址40008024裝載到r3中
15. r0寫入立即數(shù)0x11
16. r1寫入立即數(shù)0x22
17. r0寫入立即數(shù)0x33
18. 通過stm指令將r0、r1、r2的值順序?qū)懭氲?0008024內(nèi)存中
