01、排版问题

      程序是一种出版物。意味着程序员们会先阅读,最后才轮到机器。机器的快乐就是程序能编译,机器才不在乎程序写的有多么漂亮,可是人们应该保持程序的美观。有时人们会过度关心:用漂亮的打印机呆板地打印出漂亮的输出,而这些输出只是将所有介词用英文文本以粗体字体凸显出来,都是些与程序无关的细节。虽然有很多人认为程序就应该像 Algol.68 所描述的一样(有些系统甚至要求照搬该风格编写程序),可清晰的程序不会因为这样的呈现而变得更清晰,只会使糟糕的程序变得更可笑。

      对于清晰的程序来说,排版规范一向都是至关重要的。当然,众所周知最有用的是缩进,但是当墨水遮盖了意图时,就会控制住排版。因此即便坚持使用简单的旧打字机输出,也该意识到愚蠢的排版。避免过度修饰,比如保持注释的简洁和灵活。通过程序整齐一致地说出想表达的。接着往下看。

02、变量命名

      对于变量名称,长度并不是名称的价值所在,清晰的表达才是。不常用的全局变量可能会有一个很长的名称,像 maxphysaddr。在循环中每一行所使用的数组索引,并不需要取一个比 i 更详尽的名字。取 index 或者 elementnumber 会输入更多的字母(或调用文本编辑器),并且会遮盖住计算的细节。当变量名称很长时,很难明白发生了什么。

03、指针的使用

      C语言不同寻常,因为它允许指针指向任何事物。指针是锋利的工具,像任何这样的工具一样,使用得当可以产生令人愉悦的生产力,但使用不当也可以造成极大的破坏。指针在学术界的名声不太好,因为它太危险了,莫名其妙地就变得糟糕的不行。但我认为它是强大的符号,它可以帮助我们清楚地自我表达。

04、过程名称

      过程名称应该表明它们是做什么的,函数名称应该表明它们返回什么。函数通常在像 if 这样的表达式使用,因此可读性要好。

05、注释

      这一个微妙的问题,需要自己体会和判断。由于一些原因,我倾向于宁可清除注释。第一,假如代码清晰,并且使用了规范的类型名称和变量名称,应该从代码本身就可以理解。第二,编译器不能检查注释,因此不能保证准确,特别是代码修改过以后。误导性的注释会非常令人困惑。第三,排版问题:注释会使代码变得杂乱。

      但有时我会写注释,像下文一样仅仅只是把它们用于介绍。例如:解释全局变量的使用和类型(我总是在庞大的程序中写注释);作为一个不寻常或者关键过程的介绍;或标记出大规模计算的一节。

06、复杂度

      许多程序过于复杂,比需要有效解决的问题更加复杂。这是为什么呢?大部分是由于设计不好,但我会跳过这个问题,因为这个问题太大了。然而程序往往在微观层面就很复杂,有关这些可以在这里解决。

      ▪ 规则 1:不要断定程序会在什么地方耗费运行时间。瓶颈总是出现在令人意想不到的地方,直到证实瓶颈在哪,不要试图再次猜测并加快运行速度。

      ▪ 规则 2:估量(measure) 在没有对代码做出估量之前不要优化速度,除非发现最耗时的那部分代码,要不也不要去做。

      ▪ 规则 3:当 n 很小时(通常也很小),花哨的算法运行很慢。花哨算法有很大的常数级别复杂度。在你确定 n 总是很大之前, 不要使用花哨算法。(即使假如 n 变大,也优先使用规则 2).例如,对于常见问题,二叉树总比伸展树高效。

      ▪ 规则 4:花哨的算法比简单的算法更容易有 bug,而且实现起来也更困难 尽量使用简单的算法与简单的数据结构。

以下几乎是所有实际程序中用到的数据结构:

      ▪ 数组

      ▪ 链表

      ▪ 哈希表

      ▪ 二叉树

      当然也必须要有把这些数据结构灵活结合的准备,比如用哈希表实现的符号表,其中哈希表是由字符型数组组成的链表。

      ▪ 规则 5:以数据为核心 如果选择了适当的数据结构并把一切都组织得很有条理性,算法总是不言而喻的。编程的核心是数据结构,而不是算法。(参考 Brooks p. 102)

      ▪ 规则 6:就是没有规则 6。

07、数据编程

      不像许多 if 语句,算法或算法的细节通常以紧凑、高效和明确的数据进行编码。眼前的工作可以编码,归根到底是由于其复杂性都是由不相干的细节组合而成。分析表是典型例子,它通过一种解析固定、简单代码段的形式,对编程语言的语法进行编码。有限状态机特别适合这种处理形式,但是几乎任何涉及到对构建数据驱动算法有益的程序,都是将某些抽象数据类型的输入“解析”成序列,序列会由一些独立“动作”构成。

      也许这种设计最有趣的地方是表结构有时可以由另一个程序生成(经典案例是解析生成器)。有个更接地气的例子,假如操作系统是由一组表驱动,这组表包含连接 I/O 请求到相应设备驱动的操作,那么可以通过程序“配置“系统,该程序可以读取到某些特殊设备与可疑机器连接的描述,并打印相应的表。

      数据驱动程序在初学者中不常见的原因之一是由于 Pascal 的专制。Pascal 像它的创始人一样,坚信代码要和数据分开。因而(至少在原始形式上)无法创建初始化的数据。与图灵和冯诺依曼的理论背道而驰,这些理论可都是定义存储计算机的基本原理。代码和数据是一样的,或至少可以算是。还能怎样解释编译器的工作原理呢?(函数式语言对 I/O 也有类似的问题)

08、函数指针

      Pascal 专制的另一个结果是初学者不使用函数指针。(在 Pascal 中没有把函数作为变量) 用函数指针来处理编码复杂度会有一些令人感兴趣的地方。

      指针指向的程序有一定的复杂度。这些程序必须遵守一些标准协议,像要求一组都是相同调用的程序就是其中之一。除此之外,所要实现的只是完成业务,复杂度是分散的。

      有个协议的主张是既然所有使用的功能相似,那么它们的行为也必须相似。这对简单的文档、测试、程序扩展和甚至使程序通过网络分布都有帮助——远程过程调用可以通过该协议进行编码。

      我认为面相对象编程的核心是清晰使用函数指针。规定好要对数据执行的一系列操作,以及对这些操作响应的整套数据类型。将程序合拢到一起最简单的方法是为每种类型使用一组函数指针。简而言之,就是定义类和方法。当然,面向对象语言提供了更多更漂亮的语法、派生类型等等,但在概念上几乎没有提出额外的东西。

      数据驱动程序与函数指针的结合,变成了一种表现令人惊讶的工作方法。根据我的经验,这种方法经常会产生惊喜的结果。即使没有面向对象语言,无需额外的工作也可以获得 90% 的好处,并且能更好地管理结果。我无法再推荐出更高标准的实现方式。我所有的程序都是由这种方式组织管理,而且经过多次开发后都相安无事——远远优于缺少约束的方法。也许正如所说:从长远来看,约束会带来丰厚的回报。