第1部分 重新认识C语言
程序中的算法
【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。
图1一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。
图2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。
图3多线程函数执行流程
多线程”在大型软件程序中有着很广泛的应用，其优点如下：
第一，将原来在一个大流程中实现的功能放到了多个小流程中，程序更加的简洁和易于阅读。
第二，将不同的功能放到不同的线程中，提高了程序的执行效率。
第三，“多线程”使得程序的模块化更强，有利于追踪程序执行过程和排查问题。
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。
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