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使用本地c/c++提升iOS性能之三

Struct结构体

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c没有面向对象编程的概念。所以为了创建一个复杂的数据结构（不是基本数据类型和数组），你必须使用结构体。在某些Objective-C代码中，你可能甚至经常看到结构体被使用，这样做是为了节省内存。

例如，CGPoint，CGRect，和CGSize都是结构体。苹果开发者把他们作为结构体是因为在iPhone中构建views的时候要频繁的使用到。你可以在Objective-C中使用结构体。

struct point {  

   int x;

   int y;

};

struct point add_point(struct point p1, struct point p2) {

   p1.x += p2.x;
   p1.y += p2.y;
   return p1;

}

如果你要传递一个大的结构体数据给函数，你应该考虑传递结构体指针，这样能够避免拷贝整个结构体（因为是值传递）。在其他通常情况下你会看到结构体指针。

struct point origin;
struct point *porigin;
porigin = &origin;
printf("origin is (%d, %d) \n" , (*porigin).x , (*porigin ).y );

动态内存分配

和Objective-C比较，c中的内存管理有一些相同点和不同点。在c中，你可以create和allocate内存给对象；如果你为一个对象分配了内存，你不要手动的deallocate/free这个对象，释放内存。在Objective-C的autorelease或Autorelease Pool中，没有这样的概念。

为了对c中的内存管理有一个很好的理解，你必须记住4个重要的函数，如表格9-1

使用本地c/c++提升iOS性能 之三

  • malloc：你可以申请一个指定大小的内存快，然后返回一个void类型的指针。你可以把这个指针转换成你指定的类型，如：

       my_ptr = (cast_type *)malloc(number_of_bytes); // General format
       my_ptr = (int *)malloc (100 * sizeof(int)); // allocate a pointer of integer with size

       //of 100 integer

  • calloc：它通常用来申请多个内存块，每个块的大小相同，然后把他们所有字节都设置为0

       my_ptr = (cast_type *)calloc(number_of_elements, size_of_element); // General format

       my_ptr = (int *)calloc (100, sizeof(int)); // allocate a pointer of integer with size

       // of 100 integer

  • free：这个内存管理机制类似于Objective-C：你分配的内存，你需要释放它。你可以在c中使用free进行释放。

       free(my_ptr);

  • realloc：有时候你为对象或数组分配的内存不够，因此你需要改变内存的大小，通过realloc可以用实现。

       realloc(my_ptr, 200 * sizeof(int));

注意：你不能再一次使用函数 malloc/calloc，因为将会擦除你指针指向的内存中存储的数据。

Linked List 例子

是时候从理论中走出来，然后开始写代码了。你将用你学到的知识来解决用链表存储数据的问题。已经在第5章学习了用Ogjective--C来实现。现在，你将学会如何用c写一个链表，在很多情况下，会有更高的性能。

#include

#include

struct Node {
   int  number;
   struct Node *next;

};

为了得到一个链表，你需要一个结构体引用自身。节点结构体内部需要有一个link来指向下一个结构体节点。在c中，你可以在头文件或实现文件中声明方法接口。

void append_node(struct Node *list, int num);

void display_list(struct Node *list);

int main(void) {

   struct Node *list;

   list = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));list->number = 0;
   list->next = NULL;

   append_node(list, 1);

   append_node(list, 5);append_node(list, 3);

   display_list(list);

   // delete a list here. free(list) will not work

   return(0);

}

voiddelete_list(struct Node *list) {

   // do it as your exercise

}

void display_list(struct Node *list) {
   // loop over the list to print the value out.while(list->next != NULL) {

   printf("%d ", list->number);

   list = list->next;}

   printf("%d", list->number);

}

void append_node(struct Node *list, int num) {

// go into the end of the list

while(list->next != NULL)

   list = list->next;

   // set the next property for the last Node object.

   list->next = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));

   list->next->number = num;
   list->next->next = NULL;

}

你可以看到，因为你的链表没有固定大小，你总是要使用malloc来分配新的元素。在用完链表之后，你要删除它。你需要记住内存管理规则：对于每次调用malloc或calloc，你需要调用free函数；否则，会有内存泄露。像在代码中的警告注释，简单的调用free(list)会导致一些内存泄露。我将delete_list的实现作为一个练习留给你来做。

函数指针

在c中，函数不是一个变量，但是你可以定义一个指针指向它，就像定义指针指向一个整数或结构体。你可以把这些指针放到一个数组中，然后把这些函数指针作为参数传递给其他函数。这个和Objective-C中的selector是类似的。

接下来你会看到一个简单的例子，在快速排序算法中实现了一个比较方法。qsort是c中的一个内置函数，能够得到一个函数指针，然后使用快速排序算法对数组进行排序。

这是qsort的接口：

void qsort (void *array, int number_of_elements, int size_of_element, int (* comparator)

(const void *, const void *) );

你需要一个比较函数，它接收两个指针，返回一个整数表示什么值更大。

int compare (const void * a, const void * b){

       return ( *(int*)a - *(int*)b );

}

然后你可以把它作为参数传递给qsort函数。

int main () {

   int values[] = { 40, 10, 100, 90, 20, 25 };
   qsort (values, 6, sizeof(int), compare); // pass in the compare function here.return 0;

}

Bitwise Operators位操作符

位操作运算比加法和减法稍快一些，比乘法和除法快很多。你也许会在一些库中看到使用位操作符，尤其是用比较老的微处理器写的。

了解位操作符能够帮助你操作位，在密集型计算中得到更好的性能。只有几个位操作符合移位操作符需要记住：NOT, AND, OR, XOR, left shfit，和right shift。

  • NOT   逻辑非，0变1，1变0.

    NOT     0111 = 1 000

  • AND 逻辑与，只要有一个为0，结果就是0；否则为1

    0 1 0 1

    0 0 1 1

AND

      0 0 0 1

  • OR  逻辑或，只要有一个为1，结果就是1；否则为 0

       0 0 1 0

       1 0 0 0

OR

       1 0 1 0

  • XOR 逻辑异或，相同为0，不同为1

       0 1 0 1

       0 0 1 1

XOR

       0 1 1 0

使用这些位操作符，你能够非常快的改变bit值。如果你不经常使用位操作的话，这看起来会非常的奇怪。我会在Objective-c中给你一个说明。这里有一个使用了位操作的Cocoa Touch Framework中的应用，假设你已经对NSCalendar非常熟悉了。

在一个NSCalendar中，你可以基于一个输入参数得到一个指定日期的日期组件列表。例如，如果你想要一个NSDataComponent对象，它包含了你想要的日期组件，你可以使用下面的源代码：

NSUInteger unitFlags = NSYearCalendarUnit | NSMonthCalendarUnit | NSDayCalendarUnit;

NSDateComponents *dateComponents = [calendar components:unitFlags

fromDate:startDatetoDate:endDate

options:0];

当方法[calendar components:fromDate:toDate:options] 使用unitFlag被调用时，会检查调用者需要什么样的日期组件，然后会返回一个确切的组件类型。这样读写代码都是非常方便的，只需要使用OR操作符。

在方法[calendar components:fromDate:toDate:options] 中，会使用 AND 操作符检查unitFlag的值。

BOOL hasYear = (unitFlags & NSYearCalendarUnit) != 0;

BOOL hasMonth = (unitFlags & NSMonthCalendarUnit) != 0;

BOOL hasWeek = (unitFlags & NSWeeCalendarUnit) != 0;
...

现在，我详细解释一下内部发生了什么以及是如何工作的。首先，每个flag（NSYearCalendarUnit, NSMonthCalendarUnit，等等）被赋予了一个唯一的二进制值，用这样的格式来表示：0100，1000。

当你在这三个flags上进行OR操作时，你会得到类似1011这样的值。你把这个值传递给方法

[calendar components:fromDate:toDate:options] 。在这个方法的内部，它会将存储在内部的每一个flag做AND操作。

1011 & 0100 = 0100there is a NSYearCalendarUnit.

1011 & 1000 = 1000there is a NSMonthCalendarUnit

相比其他普通的方法（要么传递很多参数，要么使用一个很大的枚举，或者需要一个很大的循环来检查数据），使用这种方法将会提升你应用程序的性能。

  • 位的移动：当你要乘或除一个2的倍数时，你可以对位进行左移或右移。例如，如果你要乘或除2，4，6，8，16......，你可以考虑使用位的移动，比直接使用乘法或除法性能高很多。你只能在整数上

    进行位的移动。

有两个移位操作符：左移和右移。整数是以二进制的形式存储的，例如0000 0110（十进制是6）。

  • 左移：把左边的位移出去，右边用0补充。如果你左移了n位，相当于乘了2的n次方。    

    0000 0110 << 1  = 0000 1100 (十进制12)

  • 右移：把右边的位移出去，左边用c补充。如果你右移了n位，相当于除了2的n次方。

    0000 0110 >> 1  = 0000 0011(十进制3)      



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