将 (x,y) 坐标映射到字节数组中的位 - 尽可能快速有效

Question

我正在使用 C#（.NET Micro Framework 在 Netduino Plus 上运行）来控制 84 x 48 像素的 LCD 屏幕。

LCD 屏幕中的每个像素都有两种状态：1 (ON) 或 0 (OFF)。为了控制屏幕中的像素，我需要发送一个 504 bytes 数组，其中每个 byte 代表一列 8 个像素（即，屏幕被“拆分”为 6 行，每行 84 x 8 像素）。

最好用一个例子来证明这一点：

• 字节00000001 (2^0) 表示一列八个像素，其中列顶部的第一个像素为ON (1)。

• 字节 00001001 (2^0 + 2^3) 表示另一列 8 个像素，其中从列顶部算起的第一个和第四个像素为 ON。

从这里您可以看到按位AND 操作将显示给定列中的哪些像素是ON 或OFF。例如，查看给定 8 像素列中的第 4 个像素是否为 ON：

00001001    AND
00001000
-----------------
00001000 > 0
∴ The 4th pixel is ON

问题是我需要能够使用(x,y) 坐标来访问屏幕中的每个像素。例如，(3,10) 点表示屏幕左上角像素右侧 4 和下方 11 的像素。同样，(83,47) 点代表屏幕右下角的像素。

我编写了以下 C# 代码来实现这一点：

byte[] display = new byte[504];

// storing these means they don't need to be calculated every time:
byte[] base2 = { 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 };

// Determine if the pixel is ON (true) or OFF (false)
public bool PixelState(Pixel px)
{
    return (display[GetColumn(px)] & base2[GetPxNum(px)]) > 0;
}

// Find the number of the pixel in its column of 8
private int GetPxNum(Pixel px)
{
    return px.y % 8;
}

// Find the index of the byte containing the bit representing the state of a pixel
private int GetColumn(Pixel px)
{
    return (px.y / 8 * 84) + px.x;
}

// Set a pixel's state
public void SetPixel(Pixel px, bool state)
{
    int col = GetColumn(px);
    int num = GetPxNum(px);

    if (state && !PixelState(px))
        display[col] += base2[num];
    else if (!state && PixelState(px))
        display[col] -= base2[num];
}

// Represents one (x,y) point
public struct Pixel
{
    public int x, y;

    public Pixel(int x, int y)
    {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

由于这是在微控制器上运行的，因此我需要代码尽可能快速高效。这也是必要的，因为这些方法可能会被快速连续调用多次以更新 LCD 屏幕中的像素。

因此，我的问题是 如何使这段代码更快、更高效？有没有更好的方法来解决这个问题？

编辑：经过一些广泛的测试，我意识到我应该在GetColumn 中使用Math.Floor（或只是一个整数运算）。我已经更新了我的代码。

Answer 1

SetPixel中的这个小sn-p：

if (state && !PixelState(px))
    display[col] += base2[num];
else if (!state && PixelState(px))
    display[col] -= base2[num];

可以替换为：

if (state)
    display[col] |= base2[num];
else
    display[col] &= (byte)~base2[num]; // You could precompute this inverse array too

如果您有足够的可用内存，预计算可能没问题，但说真的，现在 uC 拥有如此强大的处理能力。你真的会注意到一点位移或否定吗？

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此外，您可能对不使用 (double) 和 Math.ceiling() 感兴趣，因为您的微控制器可能不支持浮点，因此必须对其进行仿真（因此会降低性能。使用 (float) 会更好（单精度仿真更快）但更好的是：

return ( (px.y/8 + ((px.y%8)?1:0)) * 84 ) + px.x;

编辑：仔细看看netduino，它可能有一个FPU（虽然我在数据表中看不到它，所以它可能没有...... .) 整数数学替代方案可能更快:)

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它是否更快只能通过测试来保证，但就像我在 cmets 中所说的那样，这可能会成为一个瓶颈，你看起来就像另一个过早优化的受害者。

这里最大的瓶颈是你的框架。