【大狗子笔记】嵌入式C之捋一下达夫设备

在看C指针的时候，看到了一段诡异的代码，名叫“达夫设备”。

达夫设备其实就是实现了数据拷贝的功能，将数组from的数据，copy到数组to。而相较于普通copy方式，达夫设备能极大的缩小大数据量的copy时间。

我先大概描述一下它的实现原理：达夫设备主要是通过减少copy循环过程中的条件判断次数，来提高执行效率，缩短时间。

一个简单的比喻：有两个仓库，from和to。打工人需要把100袋大米由from搬运到to。一次搬一袋，每次搬运都要和库房管理核对搬运的次数，保证100袋大米数量无误。这样就是需要搬运100次，核对100次。假设搬运的的时间和去找库房管理核对的时间是一样的，都需要5分钟，则全部搬运完需要1000分钟（默认工人中途不能休息），这样的效率显然不高。而达夫设备的方案是：找一个工人小队来干活（假设有8人），这样一次就能搬运8袋米。100除以8得12余4，则需要搬运小队搬运13次（第一次先来4人，后面12次全员出动），核对13次即可。搬运时间为130分钟。

理解了原理，代码就很容易看懂了，代码如下：

int duffs_device(char *from, char *to, int count)
{
    {
        int n = (count + 7) / 8;

        switch(count % 8) 
        {
            case 0: do { *to++ = *from++;
                         case 7: *to++ = *from++;
                        case 6: *to++ = *from++;
                        case 5: *to++ = *from++;
                        case 4: *to++ = *from++;
                        case 3: *to++ = *from++;
                        case 2: *to++ = *from++;
                        case 1: *to++ = *from++;
                    } while(--n > 0);
        }
    }
    return count;
}

这代码的结构显得非常诡异，把一个switch语句和一个do-while语句糅合在了一起。虽然看起来有些另类，但这段代码确实可以被编译通过。

这段代码的主体是那个do-while循环，不过这个循环里面第一个被执行的，并不一定是靠近do的那一行代码。哪一行代码会最先被执行，取决于前面的switch-case语句。

将count = 100带入这段代码，走一遍流程，就可以很简单理解这段代码的内容了：

1.count = 100, 则n = 13, 且count % 8 = 4;

2.则有 switch(4)，那接下来就会执行case 4里面的代码，而且这里switch-case语句只会生效一次，用过就没了（相当于将switch和case相关的字符移除掉）;

3.执行完case 4里面的*to++ = *from++代码之后，由于switch-case语句失效，代码会顺序执行，接着执行后面3行*to++ = *from++代码，然后到 while(--n > 0);

4.执行完 while(--n > 0)之后，n的值为12，则do-while还需要循环12次，而do-while里面的有效内容已经变成8行*to++ = *from++;

5.那整个程序就是执行了(4+8*12)=100次代码*to++ = *from++，做了13次n值比较，刚好copy完100个元素。

再来看看常规的数组元素copy代码，很显然，这段代码同样是进行了100次数据复制，但是同时也进行了100次i的数值比较，相较于前面的达夫设备的13次，这里的效率明显低了。

int normal_copy(char *from, char *to, int count)
{
    int i = 0;
    for(i = 0; i < count; i++) 
    {
        to[i] = from[i];
    }
    return i;
}
 

　　当需要copy的元素越多，使用达夫设备之后提升的速度就越明显。至此，达夫设备就捋完一遍了，不难理解，但却是很奇思妙想。