论程序设计方法

　　三、对程序设计中技巧使用的思考

　　 我可以肯定，大家在开始学习程序设计的时候，一定都做过这样一个题目：求100以内的素数。老师在黑板上，眉飞色舞地写出了第一个程序：（C程序）

　　 方法1：

　　 然后，老师开始批判这个程序“这个叫什么呀？太慢了！因为我们都知道大偶数不可能是素数了，因此，要排除掉！” 于是，意尤未尽地写出了第二个程序：

　　 方法2：
　　 老师说：“看！我们只改动了一点点，程序运行的速度就提高了一倍多”。然后运用诱导式教学法继续提问“程序的效率，还能再提高吗？能！”，得意地写出第三个程序：

　　 方法3：
　　 “大家看，我们又只改动了一点点，运行速度又提高了一倍多。可以了吗？不可以！我们还能再提高”。于是又高傲地写出了第四个程序：

　　 方法4：
　　 然后，开始证明为什么我们判断素数的时候，只需要验算到平方根就足够了：

　　 假设p是合数，那么令:p=a*b。反正法：由于我们已经判断了p的平方根以内的整数都不能被p整除，于是 a>SQRT(p)。基于同样的理由 b>SQRT(p)。于是 p = a * b > SQRT(p) * SQRT(p) = p 得出矛盾， 命题得正。

　　 的确，“方法4”的确比“方法1”的运行速度要提高了好几倍，甚至好几十倍。但我们仔细分析测试看看。

　　 （1）“程序4”到底比“程序1”快了多少那？我在某台计算机上进行测试（P4，1.5G)得到的速度对比表：

计算范围	100	1000	10000	100000
速度差	0.00秒	0.01秒	0.18秒	15秒

　　
　　 （2） 在10万以上，才会看出一些差别。而这种差别根本就不够底偿程序设计阶段的付出。如果计算的范围再大，那么不管是“方法1”，还是“方法4”都不是好的算法。（计算素数的另外一个比较优秀的算法叫“漏筛法”）

　　 （3）写出“方法1”，只要具有小学四年级的数学水平就够了，而“方法4”则需要初中三年级的水平并且还要具备一些“数论”的知识。

　　 （4）从维护性看，如果你写的程序需要另外一个程序员来维护，或者若干时间以后，你重新来阅读这段程序，那么就会对这个程序产生很多疑问：这个求平方根是干什么用的？其实，就这个题目来说，使用到“方法3”就已经足够了。

　　 总结发言：

　　 I. 计算机的价格每年下降一半，而运算速度每年提高一倍”，因此我们应该把速度提高的任务交给硬件实现。

　　 II. 从易读性、维护性出发，程序员只负责按定义给出软件实现。算法的问题是数学家解决的。

　　 题外话：

　　 多年以来，人们一直在寻找动态图象(影视)的存储和回放的算法，但效果都不理想。直到有人发现，原来在200多年前的数学家早就帮我们解决了这个问题——傅立叶（Fourier）级数展开。因此我要说，优秀的算法不是我们程序员要考虑的问题，我们的任务只要按照数学家给出的算法翻译为计算机程序语言而已。（这句话恐怕要遭到大多数程序员抛出的板砖袭击）再比如，计算一元多次方程解的问题。我们使用的就是牛顿的迭代算法。不要怪我瞧不起你，你能发明这个方法的话，那就是当代的牛顿了。

　　四、程序的易读性与书写方法

　　 程序是否容易阅读和维护，与怎么书写有很大的关系。说实在的，C语言中为了方便程序员书写，允许使用++,--,<<,&&，？......这些运算符号。但很多人经常乱用，以为自己写的程序多么简洁，效率多高。其实，当你分行书写的话则更加容易阅读和维护，效率也不会降低，因为编译程序早就帮你优化为最快捷的代码了。先看一个简单的例子：

　　 计算一个整数乘 255(C语言)

　　 方法1：a *= 255;

　　 方法2：因为移位运算比乘法运算要快很多倍，因此a*255的运算书写为：

　　 方法1的书写非常简单，直截了当，显然更容易维护。而方法2的书写运用了移位的技巧，不容易阅读，但效率最高。是不是真的是这样那？把这两个程序编译为汇编代码看看。原来无论是方法1还是方法2，它们的汇编代码都是一样的：
　　 也就是说，你认为非常技巧的书写方法，其实编译器的优化功能早就帮你想到了。那么方法2的方式就很值得批判了。下面是几个有关C语言书写方面的重要原则：
　
　　 1）尽量表达愿义，多加注释；

　　 2）变量名称和函数名称，要使用有意义的符号，并且遵守“匈牙利命名法”；

　　 3）不要为俭省内存，使一个变量在一个模块中表达多个含义。

　　 4）在某个模块中，前半部分用i表示计数器，由于后半部分不再使用计数器了，于是又用i来保存某个中间的结果。等你维护这段程序的时候，保证你肯定会犯傻的。

　　 5）在使用条件表达式的时候，不要混合书写运算表达式；

　　 经常有人在书写for循环的时候，使用这样的方式： for(int a=1,s=0; a<=100 && (s+=a); a++);

　　 天呀，这样写是不会提高程序运行效率的，尤其是当运算表达式复杂的时候，就更不容易阅读了，还是把运算写到for的循环体中吧。
　　 再比如，if(a=b)这个写法在语法上是允许的，但不要使用。要使用也要if(0!=(a=b))这样的方式。 还有值得一提的是慎用“,”（逗号运算符）。

　　 不要连续使用++,--,<<，*，& .....这样的运算符号。

　　 a = b++-(--c<<1+e&0x0f>>1); //这个人有病。出这个题目考试的老师，也有病。

　　 常量要写在条件表达式的左边；

　　 if(5 == a) 这是正确的写法，这样书写可以避免勿输入而导致的 if(a=5)这样的错误。

　　 避免程序中{ }的嵌套层次太深；

　　 最多4层。如果必须大于4层，那么写成调用子函数或宏的方式。

　　 尽量多地使用断言；

　　 当你在书写程序的过程中，凭你的智慧，你一定是知道：程序运行到我正书写的这行代码的时候某个变量一定是某个值。好啦，那么不要忧郁，马上加上一句代码：ASSERT(nnn == xxx);。将来在调式维护这段代码的时候，你会得到无限美妙的回报。

　　 书写需要“成对匹配”使用的代码的时候，在写使用代码之前，就先把结束写出来；
　　 和这个道理相同，在C++的类中，如果需要申请内存，那么先在构造函数中给出 lp=NULL;然后马上在析构函数中书写 if(lp) delete []lp;

　　 可以适当地使用goto；

　　 在结构化程序设计中，goto 是被排斥的。但是，如果适当地使用 goto 不但不影响斜率，而且还能提高程序的可读性。

　　 题目：合并2个文件到一个新文件中。（不要挑我的毛病呀~~~~~，我使用的是类C的方式书写的。）

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