MCU做死循环时,到底应该用for(;;) 还是wihile(1)

MCU做死循环时 for while

stm32中老工程师用for

bash 复制代码
    /* Start scheduler */
    vTaskStartScheduler();
    /*Taken by the scheduler */
    for (;;);

for while背景

一位工程师发现,国外工程师在给demo在做死循环时用的是for(;😉,而不是常用的while(1)。这仅仅是个人习惯的问题,还是有更深层次的含义?

大部分网友认为二者并没有什么区别,很多时候,只是心理作用,国外工程师认为while需要经过判断括号里的表达式是否非0才跳转。但经过编译器的精心优化以后,while(1)也会被优化成无条件跳转(jmp指令),所以跟for(;;)没什么区别。

有人表示,for(;;)在英语母语者那里很容易跟forever挂钩。

网友解析,也很有可能是习惯问题,其实while(1),还是for(;;)两个语法上有啥区别,那就是for(;😉 明确就是循环,等价于goto一直跳,没有比较条件。

while不编译支持优化的前提下都需要做cmp运算设置寄存器ZF,才能jne,je指令条件跳转。而for(;;)就是明确的jmp无条件转移eip,没有jne,je条件跳转。

不过其实无所谓的,这根本不能提高任何一点代码执行的性能。因为现代编译器大多优化以后跟for(;;)的结果没得什么区别。

其实你所考虑到的一切优化手段,编译器都能帮你完成,因为编译器(尤其是开源的GCC和LLVM)是由来自全球各地的程序员共同研发并改进的,它们的优化能力远远强于你手动改进代码。

也有网友"Shuax"使用mingw编译,实地测试一番:

for版本

bash 复制代码
#include<stdio.h>
int main()
{
  for(;;)
  {
    printf("for\n");
  }
}

生成汇编:

while版本

bash 复制代码
#include<stdio.h>
int main()
{
  while(1)
  {
    printf("while\n");
  }
}

生成汇编:

你会发现,除了文件名不同,其余都相同。

当然,这里额外说一下,不同代码、不同编译器,以及不同优化等级,可能最终结果有所差异。

正方观点:哪有好的编译器:

不过,有人跳出来反驳,现代编译器的确优化很好,二者运行起来没啥区别,但是实际在嵌入式工作中,尤其是MCU编程中,可没有那么好的编译器。

一位工程师表示,很多嵌入式设备只有专用的编译器,而过去这些编译器,尤其是嵌入式编译器没做好优化的情况下,while(1)要比for(;;)多几个语句。

因为while里面是判断啊,就会变成:

bash 复制代码
label:    
......    
mov a, #1    
jnz label

这种情况而for(;;)的话一般只会是jmp label。

许多人也有类似的经历,并表示,有些私有编译器连 (int)a<<0 这种都能生成非法指令,不由地怀疑配套的破芯片到底能不能受得了各种优化过的指令。

反方观点:这种代码过时了

也有工程师呼吁,不要学习这种编码风格,现在已经是2024年了,用for(;;)表示无限循环已是一种过时的风格了。

从施特劳斯特撸普博士到我国国家军用标准,均认为 for(;😉 是一种不良风格,可参见:

  • GJB 8114-2013 R-1-9-4:无限循环必须使用while(1)语句,禁止使用for(;;)等其他形式
  • CppCoreGuidelines ES.73:Prefer a while-statement to a for-statement when there is no obvious loop variable
  • 360 safe rules: for语句没有明确的循环变量时应改用while句语

这是为什么呢?在较为严格的规范体系内,for 语句专用于实现具有明确循环次数和循环变量的迭代算法,小括号内的三个表达式应分别专注于循环变量的初始化、循环条件的判断、循环变量的增减,这样可以使循环具有清晰的静态结构,便于阅读,利于维护。如果没有明确的循环变量,则应改用 while 循环,避免对代码的维护者造成误导。

有人说for(;;)表示无条件循环,while(1)需要作条件判断,效率比for(;;)慢,有一定道理,但那都是很早以前的事情了,现在即使没有编译器优化,这种开销也不会成为效率的瓶颈,是不值得优化的,保持代码清晰的静态结构更为重要!

工程师实地测试:和编译器和优化有关

公众号博主"WKJay"也在STM32F103、ARMCC5进行过测试,将两个逻辑分别运行一下(不开编译器优化),查看逻辑分析仪输出的结果。

while(1) 逻辑运行结果:

for(;😉 逻辑运行结果:

结果显示,虽然循环体完全相同,但实际运行结果来看,for(;😉 语句执行得更快(45.863ms),比 while(1)(48.643ms) 快了5.7%左右。

根据他的分析,for的指令更精简,而while的指令相对更繁琐,简而言之,for抄了近道,而while弯弯绕绕。

最后,他开启了编译器的O3优化,结果,二者就几乎不存在差别了(12.505ms):

从可读性角度来说,while(1)简单清晰,for(;;)就模糊多了。不过,对于一些比较老的专用编译器来说,可能就需要慎重考虑使用哪种形式。

对现代编译器来说,二者完全就是一回事,更何况,高主频的芯片不在乎一两条机器指令了,所以这种情况下,怎么顺眼就怎么写。

建议还是用for

用for不用考虑编译器优化问题

参考

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