C语言|提升字符串格式化效率的小技巧

嵌入式资讯精选 2022-04-20 11:34

一、前言

在嵌入式项目开发中,字符串格式化是很常见的操作,我们一般都会使用 C 库中的 sprintf 系列函数来完成格式化。

从功能上来说,这是没有问题的,但是在一些时间关键场合,字符串的格式化效率会对整个系统产生显著的影响。

例如:在一个日志系统中,吞吐率是一个重要的性能指标。每个功能模块都产生了大量的日志信息,日志系统需要把时间戳添加到每条日志的头部,此时字符串的格式化效率就比较关键了。

天下武功,唯快不破!

这篇文章就专门来聊一聊把数字格式化成字符串,可以有什么更好的方法。也许技术含量不高,但是很实用!

二、最简单的格式化

#include #include #include #include 
int main(){ char buff[32] = { 0 }; sprintf(buff, "%ld", LONG_MAX); printf("buff = %s \n", buff);}

其中,LONG_MAX 表示 long 型数值的最大值。代码在眨眼功夫之间就执行结束了,但是如果是一百万、一千万次呢?

三、测试1:手动格式化数字

1. 获取系统时间戳函数

我的测试环境是:在 Win10 中通过 VirtualBox,安装了 Ubuntu16.04 虚拟机,使用系统自带的 gcc 编译器。

为了测试代码执行的耗时,我们写一个简单的函数:获取系统的时间戳,通过计算时间差值来看一下代码的执行速度。

// 获取系统时间戳long long getSysTimestamp(){    struct timeval tv;      gettimeofday(&tv, 0);    long long ts = (long long)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;    return ts; }

2. 实现格式化数字的函数

// buff: 格式化之后字符串存储地址;// value: 待格式化的数字void Long2String(char *buff, long value){    long tmp;    char tmpBuf[32] = { 0 };    // p 指向临时数组的最后一个位置    char *p = &tmpBuf[sizeof(tmpBuf) - 1];        while (value != 0)    {        tmp  = value / 10;        // 把一个数字转成 ASCII 码,放到 p 指向的位置。        // 然后 p 往前移动一个位置。        *--p = (char)('0' + (value - tmp * 10));        value = tmp;    }
// 把临时数组中的每个字符,复制到 buff 中。 while (*p) *buff++ = *p++;}    

这个函数的过程很简单,从数字的后面开始,把每一个数字转成 ASCII 码,放到一个临时数组中(也是从后往前放),最后统一复制到形参指针 buff 指向的空间。

3. 测试代码

int main(){    printf("long size = %d, LONG_MAX = %ld\n", sizeof(long), LONG_MAX);        // 测试 1000 万次    int  total = 1000 * 10000;    char buff1[32] = { 0 };    char buff2[32] = { 0 };
// 测试 sprintf long long start1 = getSysTimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) sprintf(buff1, "%ld", LONG_MAX); printf("sprintf ellapse: %lld us \n", getSysTimestamp() - start1);
// 测试 Long2String long long start2 = getSysTimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) Long2String(buff2, LONG_MAX); printf("Long2String ellapse: %lld us \n", getSysTimestamp() - start2); return 0;}

4. 执行结果对比

long size = 4, LONG_MAX = 2147483647sprintf    ellapse:  1675761 us Long2String ellapse: 527728 us

也就是说:把一个 long 型数字格式化成字符串:

  1. 使用 sprintf 库函数,耗时 1675761 us;
  2. 使用自己写的 Long2String 函数,耗时 527728 us;

大概是 3 倍左右的差距。当然,在你的电脑上可能会得到不同的结果,这与系统的负载等有关系,可以多测试几次。

四、测试2:混合格式化字符串和数字

看起来使用自己写的 Long2String 函数执行速度更快一些,但是它有一个弊端,就是只能格式化数字

如果我们需要把字符串数字一起格式化成一个字符串,应该如何处理?

如果使用 sprintf 库函数,那非常方便:

sprintf(buff, "%s%d", "hello", 123456);

如果继续使用 Long2String 函数,那么就要分步来格式化,例如:

// 拆成 2 个步骤sprintf(buff, "%s", "hello");Long2String(buff + strlen(buff), 123456);

以上两种方式都能达到目的,那执行效率如何呢?继续测试:

int main(){    printf("long size = %d, LONG_MAX = %ld\n", sizeof(long), LONG_MAX);        // 测试 1000 万 次    const char *prefix = "ZhangSan has money: ";    int  total = 1000 * 10000;    char buff1[32] = { 0 };    char buff2[32] = { 0 };
// 测试 sprintf long long start1 = getSysTimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) sprintf(buff1, "%s%ld", prefix, LONG_MAX); printf("sprintf ellapse: %lld us \n", getSysTimestamp() - start1);
// 测试 Long2String long long start2 = getSysTimestamp(); for (int i = 0; i < total; ++i) { sprintf(buff2, "%s", prefix); Long2String(buff2 + strlen(prefix), LONG_MAX); } printf("Long2String ellapse: %lld us \n", getSysTimestamp() - start2); return 0;}

执行结果对比:

long size = 4, LONG_MAX = 2147483647sprintf     ellapse: 2477686 us Long2String ellapse: 816119 us

执行速度仍然是 3 倍左右的差距。就是说,即使拆分成多个步骤来执行,使用 Long2String 函数也会更快一些!

五、sprintf 的实现机制

sprintf 函数家族中,存在着一系列的函数,其底层是通过可变参数来实现的。之前写过一篇文章一个printf(结构体指针)引发的血案,其中的第四部分,使用图片详细描述了可变参数的实现原理,摘抄如下。

1. 可变参数的几个宏定义

typedef char *    va_list;
#define va_start _crt_va_start#define va_arg _crt_va_arg #define va_end _crt_va_end
#define _crt_va_start(ap,v) ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) ) #define _crt_va_arg(ap,t) ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) ) #define _crt_va_end(ap) ( ap = (va_list)0 )

注意:va_list 就是一个 char* 型指针。

2. 可变参数的处理过程

我们以刚才的示例 my_printf_int 函数为例,重新贴一下:

void my_printf_int(int num, ...) // step1{    int i, val;    va_list arg;    va_start(arg, num);         // step2    for(i = 0; i < num; i++)    {        val = va_arg(arg, int); // step3        printf("%d ", val);    }    va_end(arg);                // step4    printf("\n");}
int main(){ int a = 1, b = 2, c = 3; my_printf_int(3, a, b, c);}

Step1: 函数调用时

C语言中函数调用时,参数是从右到左、逐个压入到栈中的,因此在进入 my_printf_int 的函数体中时,栈中的布局如下:

Step2: 执行 va_start

va_start(arg, num);

把上面这语句,带入下面这宏定义:

#define _crt_va_start(ap,v)  ( ap = (va_list)_ADDRESSOF(v) + _INTSIZEOF(v) )

宏扩展之后得到:
arg = (char *)num + sizeof(num);

结合下面的图来分析一下:首先通过 _ADDRESSOF 得到 num 的地址 0x01020300,然后强转成 char* 类型,再然后加上 num 占据的字节数(4个字节),得到地址 0x01020304,最后把这个地址赋值给 arg,因此 arg 这个指针就指向了栈中数字 1 的那个地址,也就是第一个参数,如下图所示:

Step3: 执行 va_arg

val = va_arg(arg, int);

把上面这语句,带入下面这宏定义:

#define _crt_va_arg(ap,t)    ( *(t *)((ap += _INTSIZEOF(t)) - _INTSIZEOF(t)) )

宏扩展之后得到:
val = ( *(int *)((arg += _INTSIZEOF(int)) - _INTSIZEOF(int)) )

结合下面的图来分析一下:先把 arg 自增 int 型数据的大小(4个字节),使得 arg = 0x01020308;然后再把这个地址(0x01020308)减去4个字节,得到的地址(0x01020304)里的这个值,强转成 int 型,赋值给 val,如下图所示:

简单理解,其实也就是:得到当前 arg 指向的 int 数据,然后把 arg 指向位于高地址处的下一个参数位置

va_arg 可以反复调用,直到获取栈中所有的函数传入的参数。

Step4: 执行 va_end

va_end(arg);

把上面这语句,带入下面这宏定义:

#define _crt_va_end(ap)      ( ap = (va_list)0 )

宏扩展之后得到:

arg = (char *)0;

这就好理解了,直接把指针 arg 设置为空。因为栈中的所有动态参数被提取后,arg 的值为 0x01020310(最后一个参数的上一个地址),如果不设置为 NULL 的话,下面使用的话就得到未知的结果,为了防止误操作,需要设置为NULL。

六、总结

这篇文章描述的格式化方法灵活性不太好,也许存在一定的局限性。但是在一些关键场景下,能明显提高执行效率。

如果文中演示代码有什么问题,或者你有更好的方法,欢迎分享给大家!

1.国产单片机GD32替换STM32,这些细节别忽略!

2.这个C语言大坑你没见过?

3.单片机选型,不得不说的几个步骤~

4.这款开源的STM32外设驱动库,可以直接拿来用!

5.嵌入式软件详细设计怎么写?

6.RTOS打怪升级的4个段位,你是青铜还是王者?

免责声明:本文系网络转载,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我们联系,我们将根据您提供的版权证明材料确认版权并支付稿酬或者删除内容。


嵌入式资讯精选 掌握最鲜资讯,尽领行业新风
评论
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2025-01-09 09:58 33浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球中空长航时无人机产值达到9009百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为8.0%。 环洋市场咨询机构出版了的【全球中空长航时无人机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球中空长航时无人机总体规模,包括产量、产值、消费量、主要生产地区、主要生产商及市场份额,同时分析中空长航时无人机市场主要驱动因素、阻碍因素、市场机遇、挑战、新产品发布等。报告从中空长航时
    GIRtina 2025-01-09 10:35 37浏览
  •  在全球能源结构加速向清洁、可再生方向转型的今天,风力发电作为一种绿色能源,已成为各国新能源发展的重要组成部分。然而,风力发电系统在复杂的环境中长时间运行,对系统的安全性、稳定性和抗干扰能力提出了极高要求。光耦(光电耦合器)作为一种电气隔离与信号传输器件,凭借其优秀的隔离保护性能和信号传输能力,已成为风力发电系统中不可或缺的关键组件。 风力发电系统对隔离与控制的需求风力发电系统中,包括发电机、变流器、变压器和控制系统等多个部分,通常工作在高压、大功率的环境中。光耦在这里扮演了
    晶台光耦 2025-01-08 16:03 80浏览
  • 本文介绍编译Android13 ROOT权限固件的方法,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。关闭selinux修改此文件("+"号为修改内容)device/rockchip/common/BoardConfig.mkBOARD_BOOT_HEADER_VERSION ?= 2BOARD_MKBOOTIMG_ARGS :=BOARD_PREBUILT_DTB
    Industio_触觉智能 2025-01-08 00:06 100浏览
  • 一个真正的质量工程师(QE)必须将一件产品设计的“意图”与系统的可制造性、可服务性以及资源在现实中实现设计和产品的能力结合起来。所以,可以说,这确实是一种工程学科。我们常开玩笑说,质量工程师是工程领域里的「侦探」、「警察」或「律师」,守护神是"墨菲”,信奉的哲学就是「墨菲定律」。(注:墨菲定律是一种启发性原则,常被表述为:任何可能出错的事情最终都会出错。)做质量工程师的,有时会不受欢迎,也会被忽视,甚至可能遭遇主动或被动的阻碍,而一旦出了问题,责任往往就落在质量工程师的头上。虽然质量工程师并不负
    优思学院 2025-01-09 11:48 51浏览
  • 故障现象一辆2017款东风风神AX7车,搭载DFMA14T发动机,累计行驶里程约为13.7万km。该车冷起动后怠速运转正常,热机后怠速运转不稳,组合仪表上的发动机转速表指针上下轻微抖动。 故障诊断 用故障检测仪检测,发动机控制单元中无故障代码存储;读取发动机数据流,发现进气歧管绝对压力波动明显,有时能达到69 kPa,明显偏高,推断可能的原因有:进气系统漏气;进气歧管绝对压力传感器信号失真;发动机机械故障。首先从节气门处打烟雾,没有发现进气管周围有漏气的地方;接着拔下进气管上的两个真空
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-08 16:51 94浏览
  • 在智能网联汽车中,各种通信技术如2G/3G/4G/5G、GNSS(全球导航卫星系统)、V2X(车联网通信)等在行业内被广泛使用。这些技术让汽车能够实现紧急呼叫、在线娱乐、导航等多种功能。EMC测试就是为了确保在复杂电磁环境下,汽车的通信系统仍然可以正常工作,保护驾乘者的安全。参考《QCT-基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求及试验方法-1》标准10.5电磁兼容试验方法,下面将会从整车功能层面为大家解读V2X整车电磁兼容试验的过程。测试过程揭秘1. 设备准备为了进行电磁兼容试验,技
    北汇信息 2025-01-09 11:24 51浏览
  • 在过去十年中,自动驾驶和高级驾驶辅助系统(AD/ADAS)软件与硬件的快速发展对多传感器数据采集的设计需求提出了更高的要求。然而,目前仍缺乏能够高质量集成多传感器数据采集的解决方案。康谋ADTF正是应运而生,它提供了一个广受认可和广泛引用的软件框架,包含模块化的标准化应用程序和工具,旨在为ADAS功能的开发提供一站式体验。一、ADTF的关键之处!无论是奥迪、大众、宝马还是梅赛德斯-奔驰:他们都依赖我们不断发展的ADTF来开发智能驾驶辅助解决方案,直至实现自动驾驶的目标。从新功能的最初构思到批量生
    康谋 2025-01-09 10:04 39浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 115浏览
  • 1月7日-10日,2025年国际消费电子产品展览会(CES 2025)盛大举行,广和通发布Fibocom AI Stack,赋智千行百业端侧应用。Fibocom AI Stack提供集高性能模组、AI工具链、高性能推理引擎、海量模型、支持与服务一体化的端侧AI解决方案,帮助智能设备快速实现AI能力商用。为适应不同端侧场景的应用,AI Stack具备海量端侧AI模型及行业端侧模型,基于不同等级算力的芯片平台或模组,Fibocom AI Stack可将TensorFlow、PyTorch、ONNX、
    物吾悟小通 2025-01-08 18:17 37浏览
  • 「他明明跟我同梯进来,为什么就是升得比我快?」许多人都有这样的疑问:明明就战绩也不比隔壁同事差,升迁之路却比别人苦。其实,之间的差异就在于「领导力」。並非必须当管理者才需要「领导力」,而是散发领导力特质的人,才更容易被晓明。许多领导力和特质,都可以通过努力和学习获得,因此就算不是天生的领导者,也能成为一个具备领导魅力的人,进而被老板看见,向你伸出升迁的橘子枝。领导力是什么?领导力是一种能力或特质,甚至可以说是一种「影响力」。好的领导者通常具备影响和鼓励他人的能力,并导引他们朝着共同的目标和愿景前
    优思学院 2025-01-08 14:54 82浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 150浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦