快速循环使用十进制数字进行打印(嵌入式)

Question

在我的实时嵌入式处理器固件中，我需要格式化的十进制数字打印。标准的printf/sprintf在工具链中不可用，所以我需要自己实现它。

我用了一种天真的方法，就是除以十，取余数。但我的目标处理器本身不支持除法，软件实现需要很长时间(超过200美元)来计算。我想知道是否有一种快速的方法可以在不除法的情况下从数字中提取十进制数字？

char* os_prn_decimal(char* outBuf, const char* end, uint32 v)
{
uint32 dgtIdx = 1000000000;
do
{
uint8 dgt = (uint8)(v / dgtIdx);
*outBuf = dgt + '0';
++outBuf;
v = v % dgtIdx;
dgtIdx /= 10;
} while (outBuf < end && dgtIdx > 0);
return outBuf;
}

Answer 1

您的解决方案直接以正确的顺序生成数字，但代价是变量除法(v / dgtIdx)、变量模(其成本与除法相同或更大)和除以10。这是三个昂贵的操作。

先从最低有效位生成数字，然后再反转数字，这可能成本较低。这将只需要除以10和模10运算。使用位移法在除以10时使用解决方案？并对其进行修改以在与商相同的操作中获得余数：

uint32_t div10_rem( uint32_t dividend, int* remainder )
{
uint32_t quotient = (uint32_t)((0x1999999Aull * dividend) >> 32) ;
*remainder = dividend - (quotient * 10) ;
return quotient ;
}

那么转换为可显示的十进制字符串可能是：

char* int2dec( uint32_t val, char* buffer )
{
char reverse_digits[10] = {0} ;
uint32_t u = val ;
size_t digit_count = 0 ;
while( u > 0 )
{
int d = 0 ;
u = div10_rem( u, &d ) ;
reverse_digits[digit_count] = d + '0' ;
digit_count++ ;
}
buffer[digit_count] = '' ;
size_t i = 0 ;
for( size_t i = 0; i < digit_count; i++ )
{
buffer[i] = reverse_digits[digit_count - i - 1] ;
}
return buffer ;
}

然后是一个示例用法：

char buffer[11] ;
printf( "%s", int2dec( val, buffer) ) ;

如果静态缓冲器合适，可以避免数字反转：

#define MAX_DIGITS 10
const char* int2dec( uint32_t val )
{
static char digits[MAX_DIGITS + 1] = {0} ;
uint32_t u = val ;
size_t digit_index = MAX_DIGITS - 1 ;
while( u > 0 )
{
int d = 0 ;
u = div10_rem( u, &d ) ;
digits[digit_index] = d + '0' ;
digit_index-- ;
}
return &digits[digit_index + 1] ;
}

然后，例如：

printf( "%s", int2dec( val ) ) ;

Answer 2

来自daShier的提示帮助我纠正了我的谷歌搜索，我找到了这篇文章https://forum.arduino.cc/index.php?topic=167414.0它描述了一种有趣的除以10的方法，它提供了商和模。它最好的部分是完全没有乘法、除法和循环。

UPD:模拟测量显示，与替代解决方案相比，该解决方案的性能提高了约2倍，与我的原始实现相比，性能提高了6倍。

void divmod10(uint32_t in, uint32_t &div, uint32_t &mod)
{
// q = in * 0.8;
uint32_t q = (in >> 1) + (in >> 2);
q = q + (q >> 4);
q = q + (q >> 8);
q = q + (q >> 16);  // not needed for 16 bit version
// q = q / 8;  ==> q =  in *0.1;
q = q >> 3;
// determine error
uint32_t  r = in - ((q << 3) + (q << 1));   // r = in - q*10;
div = q + (r > 9);
if (r > 9) mod = r - 10;
else mod = r;
}