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作為一個有著十幾年研發(fā)經驗的嵌入式老桿子，一口君發(fā)現很多程序猿新手，在編寫代碼的時候，特別喜歡定義很多全局變量，寫個模塊，能定義幾百個全局變量，函數里面也是各種全局變量，這種屎山代碼效率低，難維護，幾乎無法移植，但是防御性極高?。ǚ彩露加袃擅嫘裕?/p>
很多新手之所以把這些變量封裝到一個結構體中，主要原因是圖方便，但是要知道，這其實是一個不好的習慣，而且會降低整體代碼的性能。
最近有幸與大神【公眾號：裸機思維】的傻孩子交流的時候，他聊到：“其實Cortex在架構層面就是更偏好面向對象的（哪怕你只是使用了結構體），其表現形式就是：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——當作全局變量來訪問，而現在Cortex在架構上更鼓勵底層驅動以寄存器頁（也就是結構體）為單位來定義寄存器，這也就是說，同一個外設的寄存器是借助擁有同一個基地址的結構體來訪問的?！?/p>
以Cortex A9架構為前提，下面一口君詳細給你解釋為什么使用結構體效率會更高一些。
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?>?$(TARGET).dis
clean:
?rm?-rf?*.o?*.elf?*.dis?*.bin
【交叉編譯工具，自行搜索安裝，或者后臺回復arm】
2. 反匯編結果：
由上圖可知，每存儲1個int型全局變量需要8個字節(jié)，
literal pool （文字池）占用4個字節(jié)
literal pool的本質就是ARM匯編語言代碼節(jié)中的一塊用來存放常量數據而非可執(zhí)行代碼的內存塊。
使用literal?pool?（文字池）的原因
當想要在一條指令中使用一個?4字節(jié)長度的常量數據（這個數據可以是內存地址，也可以是數字常量）的時候，由于ARM指令集是定長的（ARM指令4字節(jié)或Thumb指令2字節(jié)），所以就無法把這個4字節(jié)的常量數據編碼在一條編譯后的指令中。此時，ARM編譯器（編譯C源程序）/匯編器（編譯匯編程序）?就會在代碼節(jié)中分配一塊內存，并把這個4字節(jié)的數據常量保存于此，之后，再使用一條指令把這個4?字節(jié)的數字常量加載到寄存器中參與運算。
在C源代碼中，文字池的分配是由編譯器在編譯時自行安排的，在進行匯編程序設計時，開發(fā)者可以自己進行文字池的分配，如果開發(fā)者沒有進行文字池的安排，那么匯編器就會代勞。
bss段占用4個字節(jié)
每訪問1次全局變量，總共需要3條指令，訪問3次全局變量用了12條指令。
14.?通過當前pc值40008018偏移32個字節(jié)，找到xx變量的鏈接地址40008038，然后取出其內容40008044存放在r3中，該值就是xx在bss段的地址
15.?通過將立即數0x11即#17賦值給r2
16.?將r2的內讓那個寫入到r3對應的指向的內存，即xx標號對應的內存中
二、結構體反匯編
1. 修改main.c如下：
?/*
??2??*?main.c???????????????????????????????????????????????????????????
??3??*
??4??*??Created?on:?2020-12-12
??5??*??????Author:?一口Linux
??6??*/
??7?struct
??8?{
??9?????int?xx;
?10?????int?yy;
?11?????int?zz;
?12?}peng;
?13?int?main(void)
?14?{
?15?????peng.xx=0x11;
?16?????peng.yy=0x22;
?17?????peng.zz=0x33;
?18?
?19?????while(1);
?20?????return?0;
?21?}
2. 反匯編代碼如下：
由上圖可知：
- 結構體變量peng位于bss段，地址是4000802c訪問結構體成員也需要利用pc找到結構體變量peng對應的文字池中地址40008028，然后間接找到結構體變量peng地址4000802c
與定義成3個全局變量相比，優(yōu)點：結構體的所有成員在literal pool 中共用同一個地址；而每一個全局變量在literal pool 中都有一個地址，節(jié)省了8個字節(jié)。訪問結構體其他成員的時候，不需要再次裝載基地址，只需要2條指令即可實現賦值；訪問3個成員，總共需要7條指令，節(jié)省了5條指令彩！
所以對于需要大量訪問結構體成員的功能函數，所有訪問結構體成員的操作只需要加載一次基地址即可。
使用結構體就可以大大的節(jié)省指令周期，而節(jié)省指令周期對于提高cpu的運行效率自然不言而喻。
所以，重要問題說3遍，盡量使用結構體盡量使用結構體盡量使用結構體
三、繼續(xù)優(yōu)化
那么指令還能不能更少一點呢？答案是可以的，
修改Makefile如下：
TARGET=gcd????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
TARGETC=main
all:
?????arm-none-linux-gnueabi-gcc?-Os???-lto?-g?-c?-o?$(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)行結果
可以看到代碼已經被優(yōu)化到5條。
14.?把peng的地址40008024裝載到r3中
15.?r0寫入立即數0x11
16.?r1寫入立即數0x22
17.?r0寫入立即數0x33
18.?通過stm指令將r0、r1、r2的值順序寫入到40008024內存中
彩！彩！彩！彩！
要想成為一名真正的底層大師，就一定要學習匯編代碼，我們學習的不僅僅是一門語言，更是一個計算機設計的哲學！
一口君從多年嵌入式研發(fā)項目提煉出關于arm的文章，并匯集成書《從零開始學ARM》其中本篇文章也收錄在這本書中。
目前已經被全國上百家省、市、各大學圖書館收錄，很多粉絲都在當地的圖書館發(fā)來了
還有很多其他截圖就不分享了。
第一版的幾千本已經全部發(fā)售，
第二版后續(xù)會陸續(xù)印刷，
當當、淘寶、京東均可購買，
誰便宜買誰的！
下載ECAD模型
