程序设计实践

程序员有时把自己无穷尽的创造力用到了写最简短的代码上，或者用在寻求得到结果的最巧妙方法上。有时这种技能是用错了地方，因为我们的目标应该是写出最清晰的代码，而不是最巧妙的代码。

全局变量使用具有说明性的名字，局部变量用短名字。

人们常常鼓励程序员使用长的变量名，而不管用在什么地方。这种认识完全是错误的，清晰性经常是随着简洁而来的。 现实中存在许多命名约定或者本地习惯。常见的比如：指针采用以 p结尾的变量名，例如nodep；全局变量用大写开头的变量名，例如Global；常量用完全由大写字母拼写的变量名，如CONSTANTS等。

C语言位运算符 & 和 | 优先级低于关系运算符 （如 ==）

if ( x & MAST == BITS) {

}

等同于

if ( x & (MAST == BITS)) {

}

打开 -Wall 编译器应该会警告的吧。

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int a = 1;
    if(a & 1 == 0)
        printf("Horror\n");
    return 0;
}

gcc -Wall test.ctest.c: In function 'main':test.c:6:5: warning: suggest parentheses around comparison in operand of '&' [-Wparentheses] if(a & 1 == 0) ^果然会

第1章 风 格我们将从一个很平凡的地方入手，首先讨论程序设计的风格问题。风格的作用主要就是使代码容易读，无论是对程序员本人，还是对其他人。好的风格对于好的程序设计具有关键性作用。全局变量使用具有说明性的名字，局部变量用短名字。根据定义，全局变量可以出现在整个程序中的任何地方，因此它们的名字应该足够长，具有足够的说明性，以便使读者能够记得它们是干什么用的。给每个全局变量声明附一个简短注释也非常有帮助：避免函数宏。在C++ 里，在线函数更削减了函数宏的用武之地，在 Java里根本就没有宏这种东西。即使是在C语言里，它们带来的麻烦也比解决的问题更多。给神秘的数起个名字。作为一个指导原则，除了0和1之外，程序里出现的任何数大概都可以算是神秘的数，它们应该有自己的名字。把数定义为常数，不要定义为宏。C程序员的传统方式是用#define行来对付神秘的数值。C语言预处理程序是一个强有力的工具，但是它又有些鲁莽。使用宏进行编程是一种很危险的方式，因为宏会在背地里改变程序的词法结构。我们应该让语言去做正确的工作 。在C和C++ 里，整数常数可以用枚举语句声明。否定性的东西很不好理解，应该尽量避免。使用表达式的自然形式。表达式应该写得你能大声念出来。含有否定运算的条件表达式比较难理解：第2章 算法与数据结构数组是组织数据的最简单方式。所以大部分语言都提供了有效而方便的下标数组，字符串也用字符的数组表示。数组的使用非常简单，它提供对元素的O(1)访问，又能很好地使用二分检索和快速排序，空间开销也比较小。对于固定规模的数据集合，数组甚至可以在编译时建构起来。所以，如果能保证数据不太多，数组就是最佳选择。但事情也有另一方面，在数组里维护一组不断变化的数据代价很高。所以，如果元素数量无法预计，或者可能会非常多，选择其他数据结构可能就更合适些。表特别适合那些需要在中间插入和删除的情况，也适用于管理一批规模经常变动的无顺序数据，特别是当数据的访问方式接近后进先出 (LIFO)的情况时(类似于栈的情况)。如果程序里存在多个互相独立地增长和收缩的栈，采用表比用数组能更有效地利用存储。当信息之间有一种内在顺序，就像一些事先不知道长短的链，例如文本中顺序的一系列单词，用表实现也非常合适。如果同时还必须对付频繁的更新和随机访问，那么最好就是使用某些非线性的数据结构，例如树或者散列表等。在现实中，二分检索树的使用并不很多。另一种 B树有非常多的分支，它常被用在二级存储的数据组织中。在日常的程序设计里，树的常见用途之一是用于表示语句或表达式结构。散列表是计算机科学里的一个伟大发明，它是由数组、表和一些数学方法相结合，构造起来的一种能够有效支持动态数据的存储和提取的结构。由于散列表是链接表的数组，其基本元素类型与链接表相同：要实现符号表，采用散列表结构是最好的，因为它对元素访问提供了一个O(1)的期望性能。散列表也有一些缺点。如果散列函数不好，或者所用的数组太小，其中的链接表就可能变得很长。由于这些链接表没有排序，得到的将是O(n)操作。即使元素排了序也无法直接访问它们。但是这后一个问题比较容易对付：可以分配一个数组，在里面存储指向各个元素的指针，然后对它做排序。总之，散列表如果使用得当，常数时间的检索、插入和删除操作是任何其他技术都望尘莫及的。数组支持在常数时间里访问任何元素，但不能方便地增长或缩短。链表对于插入、删除可以很好地适应，但对它做随机元素访问要求O(n)的时间。树与散列表提供了好的折衷，既支持对特定元素的快速访问，又支持方便的增长，条件是只要能维持好某种平衡性。 以上从Brooks的经典书中摘录的内容想说的是，数据结构设计是程序构造过程的中心环。一旦数据结构安排好了，算法就像是瓜熟蒂落，编码也比较容易。隐藏在设计模式后面的基本思想是：大部分程序所采用的不过是很少几种不同的设计结构，与此类似，实际上也只有不多的几种基本数据结构。按照Brooks的建议，我们发现最好是从数据结构开始，在关于可以使用哪些算法的知识的指导下进行详细设计。当数据结构安置好后，代码就比较容易组织了。第4章 界 面设计的真谛，就是在一些互相冲突的需求和约束条件之间寻找平衡点。要建立一个其他人能用的界面，我们必须考虑在本章开始处列出的那些问题：界面、信息隐藏、资源管理和错误处理。它们的相互作用对设计有极强的影响。这里有一个基本原则：在错误发生的时候，库函数绝不能简单地死掉，而是应该把错误状态返回给调用程序，以便那里能采取适当的措施。另一方面，库函数也不应该输出错误信息，或者弹出一个会话框，因为这个程序将来可能运行在某种环境里，在那里这种信息可能干扰其他东西。一个界面在使用时不应该强求另外的东西，如果这样做仅仅是为了设计者或实现者的某些方便。相反，我们应该使界面成为自给自足的。释放资源与分配资源应该在同一个层次进行。控制资源分配和回收有一种基本方式，那就是令完成资源分配的同一个库、程序包或界面也负责完成它的释放工作。这种处理原则的另一种说法是：资源的分配状态在跨过界面时不应该改变。在低层检查错误，在高层处理它们。作为一条具有普遍意义的规则，错误应该在尽可能低的层次上检测和发现，但应该在某个高一些的层次上处理。一般情况下，应该由调用程序决定对错误的处理方式，而不该由被调用程序决定。异常机制常常被人过度使用。由于异常是对控制流的一种旁路，它们可能使结构变得非常复杂，以至成为错误的根源。文件无法打开很难说是什么异常，在这种情况下产生一个异常有点过分。异常最好是保留给那些真正无法预期的事件，例如文件系统满或者浮点错误等等。错误信息输出应该包含所有可用信息，在可能情况下应给出有意义的上下文信息。我们把这个库分成两个文件，头文件包含了函数声明，表示的是界面的公共部分；实现文件是程序代码。使用者应该在他们的代码中包括这里的头文件，并把实现文件编译后的代码连接到他们的代码上。源代码从来都不必是可见的。第5章 排 错键入前仔细读一读。一个有效的但却没有受到足够重视的排错技术，那就是非常仔细地阅读代码，仔细想一段时间，但是不要急于去做修改。出错时最大的诱惑就是赶快去用键盘，立刻开始修改程序，看看错误是否马上就能烟消云散。应该稍微休息一下。有时你看到的代码实际上是你自己的意愿，而不是你实际写出的东西。离开它一小段时间能够松弛你的误解，帮助代码显出其本来面目。把你的代码解释给别人。另一种有效技术就是把你的代码解释给其他什么人，这常常会使你把错误也给自己解释清楚了。某大学的计算中心在咨询台上放了个绒毛玩具熊，出现了奇怪错误的学生被要求首先给玩具熊做解释，然后再去找做咨询的人。采用二分检索的方式，丢掉一半输入，看看输出是否还是错的。代码中的频繁改动是个信号，常常说明对问题的理解不够，或者表示需求发生了变化，这些经常是潜在错误的根源。第6章 测 试测试能够说明程序中有错误，但却不能说明其中没有错误。在编程的过程中测试，其花费是最小的，而回报却特别优厚。在写程序过程中考虑测试问题，得到的将是更好的代码，因为在这时你对代码应该做些什么了解得最清楚。如果不这样做，而是一直等到某种东西崩溃了，到那时你可能已经忘记了代码是怎样工作的。边界条件检查对发现“超出一个”的错误特别有效。在实践中，做这种检查已经变成了许多人的习惯。这样，大量的小错误在它们还没有真正发生前就已经被清除了。检验应保持不变的特征。许多程序将保持它们输入的一些特征。自动化测试的最基本形式是回归测试，也就是说执行一系列测试，对某些东西的新版本与以前的版本做一个比较。如果你发现了一个程序错误，那么又该怎么办？如果这个错误不是通过已有的测试发现的，那么你就应该建立一个能发现这个问题的新测试，并用那个崩溃的代码版本检验这个测试。做测试的原因就是要发现程序里的错误，而不是为了表明这个程序能够工作。所以，测试应该是恶毒的，如果发现了问题，那是你的方法有效的证明，根本不应该恐慌。对于测试，惟一的、最重要的规则就是必须做。第7章 性 能优化的第一要义是不做。测量是改进性能过程中最关键的一环，推断和直觉都很容易受骗，所以在这里必须使用各种工具。这些问题都是性能方面出麻烦的常见原因——某个例程或者界面对于各种典型情况都工作得非常好，但是对某些特殊情况却很糟糕，特别是如果这些情况又恰好出现在程序所处理工作的中心位置时。使用轮廓程序。 使用更好的算法或数据结构。让编译程序做优化。调整代码。铺开或者删除代码。高速缓存频繁使用的值。第8章 可 移 植 性请不要使用 C或C + +的位域，它们是高度不可移植的，而且倾向于产生大量的低效代码。你应该把所需要的操作都封装在函数里面，在这些操作中利用移位和掩码，取出或者设置字或字的数组里的位。采用隐含的方式或者一种共同的形式存储公共值，在其他值上花更多的空间和时间。 位域对机器的依赖太强，无论如何都不应该用它。不要用c h a r与E O F做比较。总使用s i z e o f计算类型和对象的值。决不右移带符号的值。达到可移植性的方式，最重要的有两种，我们将把它们称为联合的方式和取交集的方式。避免条件编译。使用# i f d e f和其他类似预处理指示写的条件编译是很难管理的，因为在这种情况下有关信息趋向于散布在整个源文件里。把系统依赖性局限在独立文件里。如果不同系统需要不同的代码，应该使这种差异局限在独立的文件里，一个文件对应一个系统。把系统依赖性隐藏在界面后面。用正文做数据交换。维护现存程序与数据的相容性。 第9章 记 法采用正确的语言有可能使某个程序的书写变得容易许多。如果你发现自己为某些平庸的事情写了太多代码，或者你需要表述某些过程却遇到了很大麻烦，那么你正在使用的很可能是一种不适当的语言。如果合适的语言不存在，那么这很可能就是个机会，需要你自己来建立一种。发明语言并不意味着是建立某种像 J a v a那样复杂的东西，许多棘手的问题常常可以通过改变描述方式的办法来解决。小语言是指那些针对较窄的领域而使用的特定记法，它们不仅提供了某种好界面，还能够帮助人组织实现它们的程序。p r i n t f的格式控制序列是一个很好的例子。正则表达式也是一种语言。有些程序里综合了转换和执行的功能，它们能读入源代码正文，对其做转换后运行之，这种程序称作“解释器”函数g e n e r a t e最值得注意的地方，或许就在于它是一个写程序的程序：它的输出是另一个(虚拟)机器可以执行的指令序列。编译程序每时每刻都在做这件事。这里的关键思想还是记法。记法给了我们一种表达问题的一般性方法，而这种记法的编译程序可以针对特定计算的细节生成专门代码。