第1部分 又一次认识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，无论是有意设计或是无意为之。我们差点儿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。作者觉得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採取的方法和步骤。

《算法设计与分析—C++语言描写叙述》(陈慧南编著。电子工业出版社)一书中。作者觉得算法是求解一类问题的随意一种特殊方法，一个算法是对特定问题求解步骤的一种描写叙述。

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project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，这些方法包含：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。大都採用流程图来直观地表示算法。

流程图逻辑清晰，非常适合开发者使用。

软件开发项目中一些经常使用的流程图符号如图1所看到的。

图1一些经常使用的流程图符号

使用流程图的优点包含：第一，有利于开发者參照来检查算法的正确性和完整性；第二，有利于其他人员參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project师岗位。对于做产品的公司，相对而言。做出产品来是最基本的，他们注重的是算法在产品中的应用。

但无论是专门的算法project师。还是一般的软件开发project师，我们都会经常与算法打交道。

下面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，对线程有非常多的介绍，其优点之中的一个就是能够让计算机并行地实现非常多操作。在实际的软件开发项目中，线程事实上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，之前的开发者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。因为这三个功能互相没有关联。但又放在同一个函数中。须要依照功能A、功能B、功能C的顺序来运行，这不仅严重影响了程序的运行效率(假设功能A运行时间非常长。那么功能B和功能C就要非常久才会运行到)，并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所看到的。

图2单线程函数运行流程

于是，作者就想到应用多线程的方法来解决问题，思路是这种：保留原线程，仅仅用于实现功能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运行效率，并且降低了每一个函数中的代码行数。

改动之后的程序流程如图3所看到的。

图3多线程函数运行流程

多线程”在大型软件程序中有着非常广泛的应用，其优点例如以下：

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，提高了程序的运行效率。

第三，“多线程”使得程序的模块化更强。有利于追踪程序运行过程和排查问题。

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，而打出的账单要依照他消费的先后顺序显示出每条账目的详细情况。

这时，作者就採用了冒泡排序法来实现该需求。

冒泡排序法的思路是这种：数组中每一个元素都反复地走訪要排序的数组，一次仅仅和一个元素比較，假设它们的顺序错误。就把它们交换过来。走訪数组的工作是反复地进行直到没有再须要交换的为止。该算法的代码实现例如以下：

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

{

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

        {

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

　　        {

                         iTempVar = Array[iInnerLoop];

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

　　                Array[iInnerLoop+1] = iTempVar;

                 }

　　}

}

有关此类排序问题经常出如今大小不同的软件开发项目中，因此在最開始学习算法的时候，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

在某软件产品公布之后，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。仅仅是因为一轮要删除10个类型相同的数据表中的用户数据。而每一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他几个表的处理。表现出来的现象就是某些表中有很多过期数据还存在。

为了解决问题，作者參考了“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，就可得到同一时候部署该产品软件的个数。之后在配置文件里添加两个配置项：初始扫描表编号和最后扫描表编号，仅仅要保证各产品中这两个值不重叠并将10个数字覆盖完就能够了。

能够用for语句来形象地描写叙述。在改动之前，要同一时候扫描10个表，即例如以下代码所看到的：

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

{

    //运行语句

}

在改动之后，每次仅仅需扫描起始表(编号为iBeginScanTable)和结束表(编号为iEndScanTable)之间的数据表，例如以下代码所看到的：

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

{

    //运行语句

}

这样改动之后。现场的运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。算法真的是有非常奇妙的作用！

4. 总结

算法是计算机科学的基础，更是程序设计的基石，仅仅有具备良好算法基础的人才干成为优秀的软件开发者。

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、运行效率高。

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”)。该原理觉得。切勿浪费较多东西去做用较少的东西相同能够做好的事情。在软件开发过程中。该原理相同适用。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。

在学校学了非常多算法理论。仅仅有在实际的工作中才干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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