C語言編程建議和技巧

　　Rob Pike 是谷歌公司最著名的軟件工程師之一，曾是貝爾實驗室 Unix 開發團隊成員，Plan 9 操作系統開發的主要領導人，Inferno 操作系統開發的主要領導人。他是締造 Go 語言和 Limbo 語言的核心人物。下面，就和小編一起來看一看C語言編程建議和技巧，希望對大家有幫助！

　　介紹

　　Kernighan和Plauger編寫的《The Elements of Programming Style》，是一本很重要而且公認有很大影響力的書。但有時候我覺得對于書中的簡潔規則，可以看做是一種好的烹飪方法，而不是想簡潔的表達一種哲學思維。倘若這本書聲稱應該有意義地選擇變量名稱，那么難道他們文章中對變量的命名更好？難道MaximumValueUntilOverflow比maxval更好嗎？我不這么認為。

　　下面是一篇簡短的文章，總體上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序的細節。（我還沒有看到過一篇講關于如何規劃整個事情的好文章，不過這部分可以是課程的一部分）要是能發現它們的特質，那很好；要是不認同的話，那也很好。但如果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序。請一以貫之而且毫不留情的這么做。

　　歡迎您的評論。

　　排版問題

　　程序是一種出版物。意味著程序員們會先閱讀（也許是幾天、幾周或幾年后的你自己閱讀），最后才輪到機器。機器的快樂就是程序能編譯，機器才不在乎程序寫的有多么漂亮，可是人們應該保持程序的美觀。有時人們會過度關心：用漂亮的打印機呆板地打印出漂亮的輸出，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，都是些與程序無關的細節。雖然有很多人認為程序就應該像 Algol68 所描述的一樣（有些系統甚至要求照搬該風格編寫程序），可清晰的程序不會因為這樣的呈現而變得更清晰，只會使糟糕的程序變得更可笑。

　　對于清晰的程序來說，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。通過程序整齊一致地說出想表達的。接著往下看。

　　變量命名

　　對于變量名稱，長度并不是名稱的價值所在，清晰的表達才是。不常用的全局變量可能會有一個很長的名稱，像maxphysaddr。在循環中每一行所使用的數組索引，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（或調用文本編輯器），并且會遮蓋住計算的細節。當變量名稱很長時，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

　　for(i=0to100)

　　array[i]=0;

　　vs.

　　for(elementnumber=0to100)

　　array[elementnumber]=0;

　　現實例子中的問題會變得更糟。所以僅需把索引當成符號來對待。

　　指針也需要合理的符號。np僅僅只是作為指針 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“節點指針”。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。假使變量名為 maxphysaddr，則不要給同級關系的變量取名 lowestaddress。

　　最后，我傾向于「最小長度」但「最大信息量」的命名，并讓上下文補齊其余部分。例如：全局變量在使用時很少有上下文幫助理解，那么它們的命名相對而言更需要令人易懂。因此我稱 maxphyaddr （不是 MaximumPhysicalAddress）作為一個全局變量名，對于在本地定義和使用的指針來說 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；在我經驗豐富的雙眼中，它們的閱讀舒適性太別扭了，像糟糕的排版一樣令人心煩。

　　指針的使用

　　C 語言不同尋常，因為它允許指針指向任何事物。指針是鋒利的工具，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（在寫這篇文章的前幾天，我把木工鑿插到拇指里了）。指針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：當有指針指向對象時，對于那個對象，確切地說它只是名稱，其它什么也不是。聽起來很瑣碎，但看看下面的兩個表達式：

　　np

　　node[i]

　　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表達式。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 與周圍程序之間相關（可能不是很詳細）的規則是什么。孤立的表達式并不能說明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 數組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。當給子程序傳參數時，尤其容易出錯：指針只是一個單獨的參數；但在接收的子程序中必須認為數組和索引是一體的。

　　計算為對象表達式本身，比該對象的地址更不易察覺，而且容易出錯。正確使用指針可以簡化代碼：

　　parent->link[i].type

　　vs.

　　lp->type.

　　如果想取下一個元素的 type 可以是

　　parent->link[++i].type

　　或

　　(++lp)->type.

　　i前移，但其余的表達式必須保持不變；用指針的話，只需要做一件事，就是指針前移。

　　把排版因素也考慮進來。對于處理連續的結構體來說，使用指針比用表達式可讀性更好：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，指針類型會影響指針正確使用，這也就允許在編譯階段使用一些有用的錯誤檢測，來檢查數組序列不能分開。而且如果是結構體，那么它們的標簽字段就是其類型的提示。因此

　　np->left

　　是足以讓人明白的。如果是索引數組，數組將取一些精心挑選的名字，而且表達式也會變得更長：

　　node[i].left.

　　此外，由于例子變得越來越大，額外的字符更加讓人惱火。

　　一般來說，如果發現代碼中包含許多相似并復雜的表達式，而且表達式計算為數據結構中的元素，那么明智地使用指針可以消除這些問題。考慮一下

　　if(goleft)

　　p->left=p->right->left;

　　else

　　p->right=p->left->right;

　　看起來像利用復合表達式表示p。有時這值得用一個臨時變量（這里的 p）或者把運算提取成一個宏。

　　過程名稱

　　過程名稱應該表明它們是做什么的，函數名稱應該表明它們返回什么。函數通常在像if這樣的表達式使用，因此可讀性要好。

　　if(checksize(x))

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

　　if(validsize(x))

　　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。

　　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，并且使用了規范的類型名稱和變量名稱，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：解釋全局變量的使用和類型（我總是在龐大的程序中寫注釋）；作為一個不尋常或者關鍵過程的介紹；或標記出大規模計算的一節。

　　糟糕注釋風格，有一個典型的例子：

　　i=i+1;/* Add one to i */

　　還有更爛的做法：

　　/**********************************

　　**

　　*Add one to i*

　　**

　　**********************************/

　　i=i+1;

　　先不要嘲笑，等到在現實中看到再去吧。

　　或許除了諸如重要數據結構的聲明（對數據的注釋通常比對算法的更有幫助），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。

　　復雜度

　　許多程序過于復雜，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。然而程序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：不要斷定程序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），花哨的算法運行很慢。

　　花哨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：花哨的算法比簡單的算法更容易有 bug，而且實現起來也更困難

　　盡量使用簡單的算法與簡單的數據結構。

　　以下幾乎是所有實際程序中用到的數據結構：

　　數組

　　鏈表

　　哈希表

　　二叉樹

　　當然也必須要有把這些數據結構靈活結合的準備，比如用哈希表實現的符號表，其中哈希表是由字符型數組組成的鏈表。

　　規則 5：以數據為核心

　　如果選擇了適當的數據結構并把一切都組織得很有條理性，算法總是不言而喻的。編程的核心是數據結構，而不是算法。（參考 Brooks p. 102）

　　規則 6：就是沒有規則 6

　　數據編程

　　不像許多 if 語句，算法或算法的細節通常以緊湊、高效和明確的數據進行編碼。眼前的工作可以編碼，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，它通過一種解析固定、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數據驅動算法有益的程序，都是將某些抽象數據類型的輸入“解析”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序生成（經典案例是解析生成器）。有個更接地氣的例子，假如操作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，那么可以通過程序“配置“系統，該程序可以讀取到某些特殊設備與可疑機器連接的描述，并打印相應的表。

　　數據驅動程序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，堅信代碼要和數據分開。因而（至少在原始形式上）無法創建初始化的數據。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儲計算機的基本原理。代碼和數據是一樣的，或至少可以算是。還能怎樣解釋編譯器的工作原理呢？（函數式語言對 I/O 也有類似的問題）

　　函數指針

　　Pascal 專制的另一個結果是初學者不使用函數指針。（在 Pascal 中沒有把函數作為變量） 用函數指針來處理編碼復雜度會有一些令人感興趣的地方。

　　指針指向的程序有一定的復雜度。這些程序必須遵守一些標準協議，像要求一組都是相同調用的程序就是其中之一。除此之外，所要實現的只是完成業務，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。這對簡單的文檔、測試、程序擴展和甚至使程序通過網絡分布都有幫助——遠程過程調用可以通過該協議進行編碼。

　　我認為面相對象編程的核心是清晰使用函數指針。規定好要對數據執行的一系列操作，以及對這些操作響應的整套數據類型。將程序合攏到一起最簡單的方法是為每種類型使用一組函數指針。簡而言之，就是定義類和方法。當然，面向對象語言提供了更多更漂亮的語法、派生類型等等，但在概念上幾乎沒有提出額外的東西。

　　數據驅動程序與函數指針的結合，變成了一種表現令人驚訝的工作方法。根據我的經驗，這種方法經常會產生驚喜的結果。即使沒有面向對象語言，無需額外的工作也可以獲得 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現方式。我所有的程序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。

　　包含文件

　　簡單規則：包含（include）文件時應該永遠不要嵌套包含。

　　如果聲明(在注釋或隱式聲明里)需要的文件沒有優先包含進來，那么使用者（程序員）要決定包含哪些文件，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。將文件包含五次或更多次來編譯一個單獨的 C 源文件的事情屢見不鮮。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文件，但實際上經常用錯。#ifdef 是定義在文件本身中，而不是文件包含它。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。

　　只需遵從以上簡單規則。

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