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软件开发经验总结:带你重新认识C语言

2014-04-21 00:27 浏览:

【文章摘要】

        算法(Algorithm),是程序的灵魂。著名计算机科学家、图灵奖获得者沃思曾提出过一个公式:数据结构+算法=程序。可见,算法在程序中占有非常重要的地位。

        在实际的软件开发项目中,不管是有意设计或是无意为之,我们几乎随时在和算法打交道。小到定义一个变量,大到编写一个函数,这些都是算法的实现过程。

        本文以作者实际项目工作为背景,介绍算法在C程序中的应用。

【关键词】

        C语言  算法  程序

 

1. 算法概述

         什么是算法呢?先来看一看一些计算机书籍中的定义。

        经典书籍《算法导论(Cormen等著,机械工业出版社)中,作者认为算法是一系列的计算步骤,用来将输入数据转换成输出结果。

        谭浩强老师的《C程序设计》书中,算法被定义为是为解决一个问题而采取的方法和步骤。

      《算法设计与分析—C++语言描述(陈慧南编著,电子工业出版社)一书中,作者认为算法是求解一类问题的任意一种特殊方法,一个算法是对特定问题求解步骤的一种描述。

        以上对算法的定义都是偏重理论,在实际的软件开发项目中,算法是用程序代码实现软件需求的方法,是软件开发工程师逻辑思维的体现。

 

2. 算法的图形化表示

        为了形象化地体现出算法,不同的学者设计出了不同的方法,这些方法包括:自然语言,流程图,N-S流程图,伪代码等。在实际的编程工作中,大都采用流程图来直观地表示算法。流程图逻辑清晰,很适合开发人员使用。

        软件开发项目中一些常用的流程图符号如图1所示。

一些常用的流程图符号

        使用流程图的好处包括:第一,有利于开发人员参照来检查算法的正确性和完整性;第二,有利于其他人员参照来对程序进行同行评审(代码评审);第三,有利于对程序的长期维护。

 

3. 算法在实际软件开发项目中的应用

        对于以算法立足的公司,像Google、百度等,算法就非常的重要,他们有专门的算法工程师岗位;对于做产品的公司,相对而言,做出产品来是最主要的,他们注重的是算法在产品中的应用。

        但不管是专门的算法工程师,还是一般的软件开发工程师,我们都会经常与算法打交道。以下介绍作者本人在项目工作中所遇到过的一些算法问题。

3.1 多线程实现程序功能的独立

        在有关计算机操作系统这类书中,对线程有很多的介绍,其好处之一就是可以让计算机并行地实现很多操作。在实际的软件开发项目中,线程其实就是实现某功能的函数,可实现程序不同功能的独立性。

        在某项目中,之前的开发人员创建了一个线程用来实现三个独立的功能:从数据库中扫描出数据生成本地文件(功能A)、删除数据库中的过期记录(功能B)、删除本地的过期文件。由于这三个功能互相没有关联,但又放在同一个函数中,需要按照功能A、功能B、功能C的顺序来执行,这不仅严重影响了程序的执行效率(如果功能A执行时间很长,那么功能B和功能C就要很久才会执行到),而且使这一个函数的代码行数显得非常多,不符合编程规范。此时,该函数的流程如图2所示。

单线程函数执行流程

        于是,作者就想到应用多线程的方法来解决这个问题,思路是这样的:保留原线程,只用于实现功能A;再创建两个不同的线程,分别用于实现功能B和功能C。这样不仅提高了程序的执行效率,而且减少了每个函数中的代码行数。修改之后的程序流程如图3所示。

3多线程函数执行流程

        在C语言中,创建线程的函数主要有CreateThread_beginthread

 

3.2 用冒泡排序法实现账目的顺序排列

        在某项目中,有一个需求时实现按账目时间早晚顺序出账单,即一个用户可能由多笔消费账单,而打出的账单要按照他消费的先后顺序显示出每条账目的具体情况。这时,作者就采用了冒泡排序法来实现该需求。

        冒泡排序法的思路是这样的:数组中每个元素都重复地走访要排序的数组,一次只和一个元素比较,如果它们的顺序错误,就把它们交换过来。走访数组的工作是重复地进行直到没有再需要交换的为止。该算法的代码实现如下:

for (iOuterLoop = 0; iOuterLoop < NumOfArray; iOuterLoop ++)

{

        for (iInnerLoop = 0; iInnerLoop < NumOfArray-iOuterLoop-1; iInnerLoop ++)

        {

          if (Array[iInnerLoop] > Array[]iInnerLoop+1])   // 需要进行交换

          {

                         iTempVar = Array[iInnerLoop];

                 Array[iInnerLoop] = Array[iInnerLoop+1];

                  Array[iInnerLoop+1] = iTempVar;

                 }

  }

}

        有关此类排序问题经常出现在大小不同的软件开发项目中,因此在最开始学习算法的时候,一定要将基础打牢。

 

3.3 用分治法解决删除数据库中数据效率低下问题

        在某软件产品发布之后,现场反馈回了一个问题,该产品删除数据的效率低下,导致数据库中过期数据堆积。经过分析,发现产品的功能没有问题,只是由于一轮要删除10个类型相同的数据表中的用户数据,而每个表中的数据又非常的多,导致长时间处理一个表而延迟了对其它几个表的处理,表现出来的现象就是某些表中有许多过期数据还存在。

        为了解决这个问题,作者参考了“分治法”的思想,即将一个复杂问题分解成若干个规模较小、相互独立,但类型相同的子问题,然后分别求解这些子问题。鉴于此,解决思路为:既然一次处理10个表有困难,那么一次处理5个表、2个表、1个表呢?总能够找到一轮数据表处理个数的最佳值,找到该值后,用10除以该值,就可得到同时部署该产品软件的个数。之后在配置文件中增加两个配置项:初始扫描表编号和最后扫描表编号,只要保证各产品中这两个值不重叠并将10个数字覆盖完就可以了。

        可以用for语句来形象地描述。在修改之前,要同时扫描10个表,即如下代码所示:

for (iScanTable = 0; iScanTable < 10; iScanTable ++)

{

    // 执行语句

}

        在修改之后,每次只需扫描起始表(编号为iBeginScanTable)和结束表(编号为iEndScanTable)之间的数据表,如下代码所示:

for (iScanTable = iBeginScanTable; iScanTable <= iEndScanTable; iScanTable ++)

{

    // 执行语句

}

        这样修改之后,现场的执行效率一下子提高了,数据表中再也不会出现有过多的过期数据了。可见,算法真的是有很神奇的作用!

 

4. 总结

        算法是计算机科学的基础,更是程序设计的基石,只有具备良好算法基础的人才能成为优秀的软件开发人员。

        当然,在实际的软件开发中,遇到一个问题,我们也不能总想着用最复杂的算法来解决它,以显示出自己水平的高超。程序中的算法要力求简单、清晰、执行效率高。

        爱因斯坦曾说过:“科学家应该使用最简单的手段达到他们的结论,并排除一切不能被认识到的事物”。也就是说,简单就是美。我们设计算法要遵循“奥卡姆剃刀原理(即“简单有效原理”),该原理认为,切勿浪费较多东西去做用较少的东西同样可以做好的事情。在软件开发过程中,该原理同样适用。它要求我们要力求让自己的代码尽量简单直观,用较简单的算法实现用户要求的功能。

        在学校学了很多算法理论,只有在实际的工作中才能够体会到它们的妙用。但在应用之前,一定要对各种算法的优劣及应用场景了然于心。