c++ - 迭代与将整数打印到字符LCD/OLED显示器的递归

Question

问题

我正在寻找有关如何优化将整数数字(例如uint32_t num = 1234567890;)打印到具有Arduino UNO的字符显示器的输入。 要考虑的主要指标是内存使用情况和编译大小。 显示太慢了，以至于速度的提高没有意义，最小的代码长度虽然不错，但这不是必需的。

目前，我正在使用num%10提取最低有效位，然后通过num/10删除此位，依此类推，直到提取了num的所有位。使用递归，我可以反转打印顺序，因此只需很少的操作(作为显式代码行)即可按正确的顺序打印数字。使用for循环，我需要找到用于写入数字的字符数，然后存储它们，然后才能以正确的顺序打印它们，这需要一个数组和3个for循环。

根据Arduino IDE，当打印各种有符号和无符号整数时，递归使用 2010/33 字节的存储/内存，而迭代使用 2200/33 字节与 2474/52 字节(使用Adafruit_CharacterOLED库)扩展了类Print。

是否有比我使用下面的递归和迭代编写的函数更好的实现方法？如果没有，您想要哪个，为什么？ 我觉得可能有一种更好的方法来用更少的资源来执行此操作-但也许我是Don Quixote与风车作战，并且代码已经足够好了。

背景

我正在使用NHD-0420DZW字符OLED显示器，并已使用Newhaven数据表和LiquidCrystal库作为编写我自己的库的指南，并且该显示器运行良好。但是，为了最大程度地减少代码膨胀，我选择不让显示库成为Print的子类，它是Arduino核心库的一部分。这样，已经实现了存储空间(〜400字节)和内存(〜19字节)的显着节省(ATmega328P具有32k的存储空间和2k的RAM，因此资源稀缺)。

递归

如果我使用递归，则打印方法相当优雅。该数字除以10，直到达到零的基本情况。然后，打印最小编号的最低有效数字(数字的MSD)，以及下一个最小编号的LSD(数字的第二MSD)，依此类推，导致最终的打印顺序颠倒。这可以使用%10和/10操作纠正数字提取的相反顺序。

// print integer type literals to display (base-10 representation) 
void NewhavenDZW::print(int8_t num) {print(static_cast<int32_t>(num));}
void NewhavenDZW::print(uint8_t num) {print(static_cast<uint32_t>(num));}
void NewhavenDZW::print(int16_t num) {print(static_cast<int32_t>(num));}
void NewhavenDZW::print(uint16_t num) {print(static_cast<uint32_t>(num));}
void NewhavenDZW::print(int32_t num) {
    if(num < 0) {         // print negative sign if present
        send('-', HIGH);  // and make num positive
        print(static_cast<uint32_t>(-num));
    } else
        print(static_cast<uint32_t>(num));
}
void NewhavenDZW::print(uint32_t num) {
    if(num < 10) {  // print single digit numbers directly
        send(num + '0', HIGH);
        return;
    } else                    // use recursion to print nums with more
        recursivePrint(num);  // than two digits in the correct order
}
// recursive method for printing a number "backwards"
// used to correct the reversed order of digit extraction
void NewhavenDZW::recursivePrint(uint32_t num) {
    if(num) {  // true if num>0, false if num==0
        recursivePrint(num/10);    // maximum of 11 recursive steps
        send(num%10 + '0', HIGH);  // for a 10 digit number
    }
}

迭代

由于数字提取方法是从LSD(而不是MSD)开始的，因此除非直接移动光标并告诉显示器从右到左打印，否则无法直接打印提取的数字。因此，在提取数字之前，必须先存储它们，然后才能以正确的顺序将它们写入显示器。

void NewhavenDZW::print(uint32_t num) {
    if(num < 10) {
        send(num + '0', HIGH);
        return;
    }
    uint8_t length = 0;
    for(uint32_t i=num; i>0; i/=10)  // determine number of characters 
        ++length;                    // needed to represent number
    char text[length];
    for(uint8_t i=length; num>0; num/=10, --i)
        text[i-1] = num%10 + '0';    // map each numerical digit to 
    for(uint8_t i=0; i<length; i++)  // its char value and fix ordering
        send(text[i], HIGH);         // before printing result
}

更新资料

最终，递归占用的存储空间最少，但可能使用的内存最多。

在回顾了Igor G和darune提供的代码之后，并查看了Godbolt上列出的指令数(如darune和old_timer讨论的) ，我相信Igor G的解决方案是最好的整体。在测试期间，它将编译为dart函数的 2076 字节与 2096 字节(使用 if语句停止前导零并能够打印 0)。当必要的 if语句被加上时，与darune(273)相比，它还需要更少的指令(88)。

使用指针变量

void NewhavenDZW::print(uint32_t num) {
    char buffer[10];
    char* p = buffer;
    do {
        *p++ = num%10 + '0';
        num /= 10;
    } while (num);
    while (p != buffer)
        send(*--p, HIGH);
}

使用索引变量

这是我最初的 for循环试图做的，但是很幼稚。正如Igor G指出的那样，试图最小化缓冲区数组的大小确实没有任何意义。

void NewhavenDZW::print(uint32_t num) {
    char text[10];  // signed/unsigned 32-bit ints are <= 10 digits
    uint8_t i = sizeof(text) - 1;  // set index to end of char array
    do {
        text[i--] = num%10 + '0';  // store each numerical digit as 
        num /= 10;                 // its associated char value
    } while (num);
    while (i < sizeof(text))
        send(text[i++], HIGH);     // print num in the correct order
}

替代

这是darune的函数，其中添加了if语句，适用于不想筛选注释的用户。条件 pow10 == 100与 pow10 == 1相同，但是保留了两次循环迭代以在编译大小相同的情况下打印零。

void NewhavenDZW::print(uint32_t num) {
    for (uint32_t pow10 = 1000000000; pow10 != 0; pow10 /= 10)
        if (num >= pow10 || (num == 0 && pow10 == 100))
            send((num/pow10)%10 + '0', HIGH);
}

Answer 1

试试这个。我的avr-gcc-5.4.0 + readelf告诉函数主体只有138个字节。

void Send(uint8_t);

void OptimizedPrintf(uint32_t val)
{
    uint8_t         buffer[sizeof(val) * CHAR_BIT / 3 + 1];
    uint8_t*        p = buffer;
    do
    {
        *p++ = (val % 10) + '0';
        val /= 10;
    } while (val);
    while (p != buffer)
        Send(*--p);
}