MCU做死迴圈時,到底應該用for(;;)還是wihile(1)

知乎上,有一個經典問題討論非常火熱。
一位工程師發現,國外工程師在給demo在做死迴圈時用的是for(;;),而不是常用的while(1)。這僅僅是個人習慣的問題,還是有更深層次的含義?

沒啥區別黨:都是心理作用

大部分網友認為二者並沒有什麼區別,很多時候,只是心理作用,國外工程師認為while需要經過判斷括號裡的表示式是否非0才跳轉。但經過編譯器的精心最佳化以後,while(1)也會被最佳化成無條件跳轉(jmp指令),所以跟for(;;)沒什麼區別。
有人表示,for(;;)在英語母語者那裡很容易跟forever掛鉤。
網友解析,也很有可能是習慣問題,其實while(1),還是for(;;)兩個語法上有啥區別,那就是for(;;) 明確就是迴圈,等價於goto一直跳,沒有比較條件。
while不編譯支援最佳化的前提下都需要做cmp運算設定暫存器ZF,才能jne,je指令條件跳轉。而for(;;)就是明確的jmp無條件轉移eip,沒有jne,je條件跳轉。
不過其實無所謂的,這根本不能提高任何一點程式碼執行的效能。因為現代編譯器大多最佳化以後跟for(;;)的結果沒得什麼區別。
其實你所考慮到的一切最佳化手段,編譯器都能幫你完成,因為編譯器(尤其是開源的GCC和LLVM)是由來自全球各地的程式設計師共同研發並改進的,它們的最佳化能力遠遠強於你手動改進程式碼。
也有網友“Shuax”使用mingw編譯,實地測試一番:
for版本
#include<stdio.h>int main(){ for(;;) { printf("for\n"); }}
生成彙編:
while版本
#include<stdio.h>intmain(){while(1) {printf("while\n"); }}
生成彙編:
你會發現,除了檔名不同,其餘都相同。
當然,這裡額外說一下,不同程式碼、不同編譯器,以及不同最佳化等級,可能最終結果有所差異。

正方觀點:哪有好的編譯器

不過,有人跳出來反駁,現代編譯器的確最佳化很好,二者執行起來沒啥區別,但是實際在嵌入式工作中,尤其是MCU程式設計中,可沒有那麼好的編譯器。
一位工程師表示,很多嵌入式裝置只有專用的編譯器,而過去這些編譯器,尤其是嵌入式編譯器沒做好最佳化的情況下,while(1)要比for(;;)多幾個語句。
因為while裡面是判斷啊,就會變成:
label: …… mov a, #1 jnz label 
這種情況而for(;;)的話一般只會是jmp label。
許多人也有類似的經歷,並表示,有些私有編譯器連 (int)a<<0 這種都能生成非法指令,不由地懷疑配套的破晶片到底能不能受得了各種最佳化過的指令。

反方觀點:這種程式碼過時了

也有工程師呼籲,不要學習這種編碼風格,現在已經是2024年了,用for(;;)表示無限迴圈已是一種過時的風格了。
從施特勞斯特擼普博士到我國國家軍用標準,均認為 for(;;) 是一種不良風格,可參見:
  • GJB 8114-2013 R-1-9-4:無限迴圈必須使用while(1)語句,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語句沒有明確的迴圈變數時應改用while句語
這是為什麼呢?在較為嚴格的規範體系內,for 語句專用於實現具有明確迴圈次數和迴圈變數的迭代演算法,小括號內的三個表示式應分別專注於迴圈變數的初始化、迴圈條件的判斷、迴圈變數的增減,這樣可以使迴圈具有清晰的靜態結構,便於閱讀,利於維護。如果沒有明確的迴圈變數,則應改用 while 迴圈,避免對程式碼的維護者造成誤導。
有人說for(;;)表示無條件迴圈,while(1)需要作條件判斷,效率比for(;;)慢,有一定道理,但那都是很早以前的事情了,現在即使沒有編譯器最佳化,這種開銷也不會成為效率的瓶頸,是不值得最佳化的,保持程式碼清晰的靜態結構更為重要!
類似於國軍標這種嚴格的程式碼審計規則,可參見:github.com/Qihoo360/safe-rules

工程師實地測試:和編譯器和最佳化有關

公眾號博主“WKJay”也在STM32F103、ARMCC5進行過測試,將兩個邏輯分別執行一下(不開編譯器最佳化),檢視邏輯分析儀輸出的結果。
while(1) 邏輯執行結果:
for(;;) 邏輯執行結果:
結果顯示,雖然迴圈體完全相同,但實際執行結果來看,for(;;) 語句執行得更快(45.863ms),比 while(1)(48.643ms) 快了5.7%左右。
根據他的分析,for的指令更精簡,而while的指令相對更繁瑣,簡而言之,for抄了近道,而while彎彎繞繞。
最後,他開啟了編譯器的O3最佳化,結果,二者就幾乎不存在差別了(12.505ms):
從可讀性角度來說,while(1)簡單清晰,for(;;)就模糊多了。不過,對於一些比較老的專用編譯器來說,可能就需要慎重考慮使用哪種形式。
對現代編譯器來說,二者完全就是一回事,更何況,高主頻的晶片不在乎一兩條機器指令了,所以這種情況下,怎麼順眼就怎麼寫。
參考文獻

最後,最近在做嵌入式就業零基礎入門手把手教學,有興趣的朋友加vx聊:


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