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规范化程序设计的实例（1）

2024-07-05 14:19:50   225人阅读

提出问题
首先要感谢实验室的章老师提出一个有现实应用的背景与问题：
智能手机中，用户十分关心已经使用的流量， 希望可以查看已经使用的网络流量； 本程
序主要实现过去 1 分钟以及过去 1 小时已经使用的网络流总量，并且希望整个设计具备一定
的可扩展性，比如可以很方便地扩展到统计过去一天的网络流总量。
另外，程序在使用时还需要其运行速度和内存的使用情况。
学习目标：
1.  如何撰写可读性强的代码；
2.  基于性能和存储空间的代码优化设计；
3.  基于设计灵活性的代码优化设计；
概要：
1.  要解决的问题是统计过去一分钟以及一小时的网络流量总和；
2.  我们忽略界面等非核心的要素，关注核心数据结构和实现；
3.  在设计过程中，以接口设计为主导，往往是先给出接口设计，然后再考虑具体实现，
当然实际的设计过程中，可能是同时进行；
4.  设计实现的过程包含三个版本，从简单版本开始，迭代改进，直到最终的版本；第
一个版本只关注功能的实现，不考虑其他因素；第二个版本在前者基础上，考虑性
能和内存空间的优化；最后一个版本进一步对内存空间使用进行优化，并且同时考
虑设计的灵活性；


定义类接口

<span style="font-size:14px;">class MinuteHourCounter{
//add a count
void Count(int num_bytes);//return the count over this minute
int MinuteCount();
//return the count over this hour
int HourCount();
}</span>
在实现这个类之前，让我们首先看一看这些名字和注释，看看有哪些地方有改进的地方。

MinuteHourCounter 这个类名很好，很专门、具体，并且容易读出来。
Count（）是有问题的，因为有人会认为它的意思是“返回所有时间里的总的计数”。这个名字有点违反直觉。问题是count既是个名词又是个动词，所以既可以是“我想要得到你所见过的所有样本的计数”意思也可以是“我想要你对样本进行计数”的意思。

下面有几个名字可供替代count():

1、Increment（）

是会误导人的，因为它意味着一个只会增加的值。

2、Observe（）

还可以，但是感觉有点模糊。

3、Record（）

既是动词又是名称，不好

4、Add（）

它既可以是“以算术方法增加”的意思，也可以是“添加到一个数据列表的意思”，在该情况下，两种情况兼有，所有适合。

所以修改为void Add(int num_bytes)。

但是参数名num_bytes太有针对性了，可以采用更加通用的count，既简单、通用并且暗示“非负数”。


版本 1：
下面是主要的接口设计，其中的 Add()对新到来的流量事件进行记录，而 MinuteCount()和
HourCount()分别用于统计过去一分钟和一小时的网络流量和；

<span style="font-size:14px;">class MinuteHourCounter{
//add a count;
void Add(int count);
//return the accumalated count over the last 60 seconds;
int MinuteCount();
//return the accumalated count over the last 3600 seconds;
int HourCount();
}
//下面是上述接口的具体实现：
class MinuteHourCount{
struct Event{
Event(int count, time_t time):count(count), time(time){}
int count;
time_t time;
};
list<Event> events;
public:
void Add(int count){
events.push_back(Event(count, time());
}
int MinuteCount(){
int count = 0;
const time_t now_secs = time();
for(list<Event>::reverse_iterator i = events.rbegin(); i!=events.rend()&&i->time >
now_secs-60; ++i){
count += i->count;
}
return count;
}
int HourCount(){
int count = 0;
const time_t now_secs = time();
for(list<Event>::reverse_iterator i = events.rbegin(); i!=events.rend()&&i->time >
now_secs-3600; ++i){
count += i->count;
}
return count;
}
};</span>
简评：
上述的代码将流量产生作为一个个事件保存起来，MinuteCount()和 HourCount()则根据
时间戳将符合要求的事件进行累加，并且返回累加值。
暂时不考虑设计本身，光考虑代码的可读性而言，上述代码存在如下的问题：
1. int MinuteCount();  这里的循环操作可读性比较差;

2. int MinuteCount()  和 int HourCount()两者之间的代码重复度太大;可以考虑合并抽取;

<span style="font-size:14px;">//对于上述的问题1的改进：
int MinuteCount(){
int count = 0;
const time_t now_secs = time();
for(list<Event>::reverse_iterator i = events.rbegin(); i!=events.rend(); ++i){
if(i->time > now_secs - 60) //将判断条件独立出来，增加可读性；
count += i->count;
else 
break;
}
return count;
}</span>
观察上述的代码，就可以发现很多的代码都是重复的，因此对于上述问题 2 的改进：

<span style="font-size:14px;">int CountSince(int cutoff){
int count = 0;
const time_t now_secs = time();
for(list<Event>::reverse_iterator i = events.rbegin(); i!=events.rend(); ++i){
if(i->time >  cutoff)
count += i->count;
else
break;
}
return count;
}
int MinuteCount(){
return CountSince(time()-60);
}
int HourCount(){
return CountSince(time()-3600);
}</span>
从设计的角度讲，上述代码的主要问题：
1.需要的存储量是无限;因为需要保存到现在的所有的event，所以内存量不可小觑;
2.另外，计算的时间也不固定，如果每秒钟到来的event很多的话， 那么要统计一个小时
的话，需要进行的累加操作数量巨大，耗费的时间很多；


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