我們鼓勵在編程時應有清晰的哲學思維,而不是給予硬性規則,
我并不希望你們能認可所有的東西,因為它們只是觀點,觀點會隨著時間的變化而變化,
可是,如果不是直到現在把它們寫在紙上,長久以來這些基于許多經驗的觀點一直積累在我的頭腦中,
因此希望這些觀點能幫助你們,了解如何規劃一個程式的細節,要是不認同的話,那也沒關系,能啟發你們思考為什么不認同,那樣就更好了,
在任何情況下,都不應該照搬我所說的方式進行編程;要用你認為最好的編程方式來嘗試完成程式,請一以貫之而且毫不留情的這么做,

01
排版問題
程式是一種出版物,
意味著程式員們會先閱讀(也許是幾天、幾周或幾年后的你自己閱讀),最后才輪到機器,
機器的快樂就是程式能編譯,機器才不在乎程式寫的有多么漂亮,可是人們應該保持程式的美觀,
有時人們會過度關心:用漂亮的列印機呆板地列印出漂亮的輸出,而這些輸出只是將所有介詞用英文文本以粗體字體凸顯出來,都是些與程式無關的細節,
雖然有很多人認為程式就應該像 Algol.68 所描述的一樣(有些系統甚至要求照搬該風格撰寫程式),可清晰的程式不會因為這樣的呈現而變得更清晰,只會使糟糕的程式變得更可笑,
對于清晰的程式來說,排版規范一向都是至關重要的,當然,眾所周知最有用的是縮進,但是當墨水遮蓋了意圖時,就會控制住排版,
因此即便堅持使用簡單的舊打字機輸出,也該意識到愚蠢的排版,避免過度修飾,比如保持注釋的簡潔和靈活,通程序式整齊一致地說出想表達的,接著往下看,
02
變數命名
對于變數名稱,長度并不是名稱的價值所在,清晰的表達才是,
6不常用的全域變數可能會有一個很長的名稱,像 maxphysaddr,在回圈中每一行所使用的陣列索引,并不需要取一個比 i 更詳盡的名字,
取 index 或者 elementnumber 會輸入更多的字母(或呼叫文本編輯器),并且會遮蓋住計算的細節,當變數名稱很長時,很難明白發生了什么,在一定程度上,這是排版問題,看看下面

vs

現實體子中的問題會變得更糟,所以僅需把索引當成符號來對待,
指標也需要合理的符號,np 僅僅只是作為指標 nodepointer 的助記符,如果一貫都遵從命名規范,那么很容易就能推斷出 np 表示“節點指標”,在下一篇文章中會提到更多,
同時在編程可讀性的其它方面,一致性也是極其重要的,假使變數名為 maxphysaddr,則不要給同級關系的變數取名 lowestaddress,
最后,我傾向于「最小長度」但「最大資訊量」的命名,并讓背景關系補齊其余部分,
例如:全域變數在使用時很少有背景關系幫助理解,那么它們的命名相對而言更需要令人易懂,因此我稱 maxphyaddr 作為一個全域變數名,對于在本地定義和使用的指標來說 np 并不一定是 NodePoint,這是品味的問題,但品味又與清晰度相關,
我避免在命名時嵌入大寫字母;它們的閱讀舒適性太別扭了,像糟糕的排版一樣令人心煩,

03
指標的使用
C語言不同尋常,因為它允許指標指向任何事物,指標是鋒利的工具,像任何這樣的工具一樣,使用得當可以產生令人愉悅的生產力,但使用不當也可以造成極大的破壞,指標在學術界的名聲不太好,因為它太危險了,莫名其妙地就變得糟糕的不行,但我認為它是強大的符號,它可以幫助我們清楚地自我表達,
思考:當有指標指向物件時,對于那個物件,確切地說它只是名稱,其它什么也不是,聽起來很瑣碎,但看看下面的兩個運算式:

第一個指向一個 node(節點),第二個計算為(可以說)同一個 node,但第二種形式是不太容易理解的運算式,這里解釋一下,因為我們必須要知道 node 是什么,i 是什么,還要知道 i 和 node 與周圍程式之間相關的規則是什么,孤立的運算式并不能說明 i 是 node 的有效索引,更不用提是我們想要元素的索引,
如果 i、j 和 k 都是 node 陣列中的索引將很容易出差錯,而且連編譯器都不能幫助找出錯誤,當給子程式傳引數時,尤其容易出錯:指標只是一個單獨的引數;但在接收的子程式中必須認為陣列和索引是一體的,
計算為物件運算式本身,比該物件的地址更不易察覺,而且容易出錯,正確使用指標可以簡化代碼:

vs.

如果想取下一個元素的 type 可以是

或

i 前移,但其余的運算式必須保持不變;用指標的話,只需要做一件事,就是指標前移,
把排版因素也考慮進來,對于處理連續的結構體來說,使用指標比用運算式可讀性更好:只需要較少的筆墨,而且編譯器和計算機的性能消耗也很小,
與此相關的問題是,指標型別會影響指標正確使用,這也就允許在編譯階段使用一些有用的錯誤檢測,來檢查陣列序列不能分開,
而且如果是結構體,那么它們的標簽欄位就是其型別的提示,因此

是足以讓人明白的,如果是索引陣列,陣列將取一些精心挑選的名字,而且運算式也會變得更長

此外,由于例子變得越來越大,額外的字符更加讓人畝訓,
一般來說,如果發現代碼中包含許多相似并復雜的運算式,而且運算式計算為資料結構中的元素,那么明智地使用指標可以消除這些問題,考慮一下

看起來像利用復合運算式表示 p,有時這值得用一個臨時變數(這里的 p)或者把運算提取成一個宏,
04
程序名稱
程序名稱應該表明它們是做什么的,函式名稱應該表明它們回傳什么,函式通常在像 if 這樣的運算式使用,因此可讀性要好,

是沒有太大幫助的,因為不能推斷出 checksize 錯誤時回傳 true,還是非錯誤時返回,相反

使這點能清晰表達,并且在常規使用中將來也不大可能出錯,

05
注釋
這一個微妙的問題,需要自己體會和判斷,由于一些原因,我傾向于寧可清除注釋,
? 第一,假如代碼清晰,并且使用了規范的型別名稱和變數名稱,應該從代碼本身就可以理解,
? 第二,編譯器不能檢查注釋,因此不能保證準確,特別是代碼修改過以后,誤導性的注釋會非常令人困惑,
? 第三,排版問題:注釋會使代碼變得雜亂,
但有時我會寫注釋,像下文一樣僅僅只是把它們用于介紹,例如:解釋全域變數的使用和型別(我總是在龐大的程式中寫注釋);作為一個不尋常或者關鍵程序的介紹;或標記出大規模計算的一節,
有一個糟糕注釋風格的例子:

還有更糟糕的做法:

先不要嘲笑,等到在現實中看到再去吧,
或許除了諸如重要資料結構的宣告(對資料的注釋通常比對演算法的更有幫助),這樣至關重要部分之外,需要避免對注釋的“可愛”排版和大段的注釋;基本上最好就不要寫注釋,
如果代碼需要靠注釋來說明,那最好的方法是重寫代碼,以便能更容易地理解,這就把我們帶到了復雜度,

06
復雜度
許多程式過于復雜,比需要有效解決的問題更加復雜,這是為什么呢?大部分是由于設計不好,但我會跳過這個問題,因為這個問題太大了,
然而程式往往在微觀層面就很復雜,有關這些可以在這里解決,
規則 1:不要斷定程式會在什么地方耗費運行時間,瓶頸總是出現在令人意想不到的地方,直到證實瓶頸在哪,不要試圖再次猜測并加快運行速度,
規則 2:估量(measure) 在沒有對代碼做出估量之前不要優化速度,除非發現最耗時的那部分代碼,要不也不要去做,
規則 3:當 n 很小時(通常也很小),花哨的演算法運行很慢,花哨演算法有很大的常數級別復雜度,在你確定 n 總是很大之前, 不要使用花哨演算法,(即使假如 n 變大,也優先使用規則 2).例如,對于常見問題,二叉樹總比伸展樹高效,
規則 4:花哨的演算法比簡單的演算法更容易有 bug,而且實作起來也更困難 盡量使用簡單的演算法與簡單的資料結構,
以下幾乎是所有實際程式中用到的資料結構:
? 陣列
? 鏈表
? 哈希表
? 二叉樹
當然也必須要有把這些資料結構靈活結合的準備,比如用哈希表實作的符號表,其中哈希表是由字符型陣列組成的鏈表,
規則 5:以資料為核心 如果選擇了適當的資料結構并把一切都組織得很有條理性,演算法總是不言而喻的,編程的核心是資料結構,而不是演算法,(參考 Brooks p. 102)
規則 6:就是沒有規則 6,
07
資料編程
不像許多 if 陳述句,演算法或演算法的細節通常以緊湊、高效和明確的資料進行編碼,
眼前的作業可以編碼,歸根到底是由于其復雜性都是由不相干的細節組合而成,分析表是典型例子,它通過一種決議固定、簡單代碼段的形式,對編程語言的語法進行編碼,
有限狀態機特別適合這種處理形式,但是幾乎任何涉及到對構建資料驅動演算法有益的程式,都是將某些抽象資料型別的輸入“決議”成序列,序列會由一些獨立“動作”構成,
也許這種設計最有趣的地方是表結構有時可以由另一個程式生成(經典案例是決議生成器),
有個更接地氣的例子,假如作業系統是由一組表驅動,這組表包含連接 I/O 請求到相應設備驅動的操作,那么可以通程序式“配置“系統,該程式可以讀取到某些特殊設備與可疑機器連接的描述,并列印相應的表,
資料驅動程式在初學者中不常見的原因之一是由于 Pascal 的專制,Pascal 像它的創始人一樣,堅信代碼要和資料分開,
因而(至少在原始形式上)無法創建初始化的資料,與圖靈和馮諾依曼的理論背道而馳,這些理論可都是定義存盤計算機的基本原理,
代碼和資料是一樣的,或至少可以算是,還能怎樣解釋編譯器的作業原理呢?(函式式語言對 I/O 也有類似的問題)

08
函式指標
Pascal 專制的另一個結果是初學者不使用函式指標,(在 Pascal 中沒有把函式作為變數) 用函式指標來處理編碼復雜度會有一些令人感興趣的地方,
指標指向的程式有一定的復雜度,這些程式必須遵守一些標準協議,像要求一組都是相同呼叫的程式就是其中之一,除此之外,所要實作的只是完成業務,復雜度是分散的,
有個協議的主張是既然所有使用的功能相似,那么它們的行為也必須相似,這對簡單的檔案、測驗、程式擴展和甚至使程式通過網路分布都有幫助——遠程程序呼叫可以通過該協議進行編碼,
我認為面相物件編程的核心是清晰使用函式指標,規定好要對資料執行的一系列操作,以及對這些操作回應的整套資料型別,
將程式合攏到一起最簡單的方法是為每種型別使用一組函式指標,簡而言之,就是定義類和方法,當然,面向物件語言提供了更多更漂亮的語法、派生型別等等,但在概念上幾乎沒有提出額外的東西,
資料驅動程式與函式指標的結合,變成了一種表現令人驚訝的作業方法,根據我的經驗,這種方法經常會產生驚喜的結果,
即使沒有面向物件語言,無需額外的作業也可以獲得 90% 的好處,并且能更好地管理結果,
我無法再推薦出更高標準的實作方式,我所有的程式都是由這種方式組織管理,而且經過多次開發后都相安無事——遠遠優于缺少約束的方法,
也許正如所說:從長遠來看,約束會帶來豐厚的回報,
09
包含檔案
簡單規則:包含(include)檔案時應該永遠不要嵌套包含,
如果宣告(在注釋或隱式宣告里)需要的檔案沒有優先包含進來,那么使用者(程式員)要決定包含哪些檔案,但要以簡單的方式處理,并采用避免多重包含的結構,多重包含是系統編程的禍根,
將檔案包含五次或更多次來編譯一個單獨的 C 源檔案的事情屢見不鮮,Unix 系統中 /usr/include/sys 就用了這么可怕的方式,
說到 #ifdef,有一個小插曲,雖然它能防止讀取兩次檔案,但實際上經常用錯,#ifdef 是定義在檔案本身中,而不是檔案包含它,結果是常常導致讓成千上萬不必要的代碼通過詞匯分析器,這是(優秀編譯器中)耗費最大的階段,
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只需遵從以上簡單規則,就能讓你的代碼變得優雅而美觀,至少也是賞心悅目,從技術變成藝術~~
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看到這里你是不是對“C語言”又有了一點新的認知呢~
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