单片机交通灯程序代码优化指南：精简代码，提高效率

# 1. 单片机交通灯程序基础**

单片机交通灯程序是嵌入式系统中一个经典的应用，它负责控制交通灯的切换。该程序通常由以下几个部分组成：

- **初始化部分：**配置单片机引脚、初始化定时器和中断。
- **主循环：**程序的主体，不断循环执行，检测按钮输入、更新交通灯状态。
- **中断服务程序：**处理定时器中断，更新交通灯状态。

程序的流程图如下：

graph LR
    subgraph 初始化
        init_io()
        init_timer()
        init_interrupt()
    end
    subgraph 主循环
        while true
            check_button()
            update_light()
        end
    end
    subgraph 中断服务程序
        interrupt_handler()
        update_light()
    end
    init_io() --> 主循环
    主循环 --> 中断服务程序
    中断服务程序 --> 主循环

# 2. 代码优化理论

### 2.1 代码简化和重构

#### 2.1.1 变量和数据类型的优化

**优化目标：**减少变量数量，使用适当的数据类型，以优化内存使用和处理效率。

**优化策略：**

* **减少变量数量：**通过使用局部变量和避免全局变量，减少变量的范围和可见性。
* **选择适当的数据类型：**根据变量的值域和操作需求，选择合适的整数、浮点数或字符类型。避免使用过大的数据类型，以节省内存空间。

**代码示例：**

// 优化前
int counter = 0;

// 优化后
int main() {
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // 使用局部变量 i
  }
}

**逻辑分析：**

优化后的代码通过使用局部变量 `i`，减少了变量 `counter` 的范围，提高了代码的可读性和可维护性。

#### 2.1.2 流程控制的优化

**优化目标：**简化流程控制结构，减少分支和循环次数，以提高执行效率。

**优化策略：**

* **合并条件语句：**使用 `if-else` 或 `switch-case` 语句合并多个条件分支。
* **消除冗余代码：**通过使用循环和函数调用，消除重复的代码段。
* **优化循环：**使用 `for` 或 `while` 循环代替 `goto` 语句，并避免嵌套循环。

**代码示例：**

// 优化前
if (x == 1) {
  // 执行代码块 1
} else if (x == 2) {
  // 执行代码块 2
} else {
  // 执行代码块 3
}

// 优化后
switch (x) {
  case 1:
    // 执行代码块 1
    break;
  case 2:
    // 执行代码块 2
    break;
  default:
    // 执行代码块 3
    break;
}

**逻辑分析：**

优化后的代码使用 `switch-case` 语句合并了多个条件分支，简化了流程控制结构，提高了代码的可读性和执行效率。

### 2.2 内存管理和优化

#### 2.2.1 栈和堆的管理

**优化目标：**优化栈和堆的分配和释放，以避免内存泄漏和碎片化。

**优化策略：**

* **使用局部变量：**尽可能使用局部变量，因为它们在函数调用结束后自动释放。
* **管理动态内存分配：**使用 `malloc()` 和 `free()` 函数分配和释放堆内存，并跟踪分配的内存地址。
* **避免内存泄漏：**确保所有分配的内存都被释放，以防止内存泄漏。

**代码示例：**

// 优化前
int *ptr = malloc(sizeof(int));
// ... 使用 ptr ...
free(ptr);

// 优化后
int main() {
  int *ptr = malloc(sizeof(int));
  // ... 使用 ptr ...
  free(ptr);
  ptr = NULL; // 显式将指针置为 NULL，防止悬空指针
}

**逻辑分析：**

优化后的代码通过显式将指针 `ptr` 置为 `NULL`，防止悬空指针，避免了潜在的内存泄漏。

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