Linux C 编程一站式学习记录（一）- 编程思想
宋劲杉 老师的 Linux C 编程一站式学习 是国人当中写的非常好的计算机书籍，豆瓣评分 9.3 ，非科班出生的程序员拿来入门非常好，后面部分关于程序原理的内容也适合工作多年的人进行查缺补漏。书籍囊括了程序设计基本思想和开发调试方法，以 Linux 平台为载体介绍 C 语言基础及程序工作原理，Linux 系统编程，对计算机组成、C 语言、操作系统、编译原理等课程知识达到融汇贯通。很难得图书还是开源的，链接 http://akaedu.github.io/book/index.html， 第二版 一站式学习 C 编程 删掉了 Linux 系统编程相关的内容，其它变化不大，推荐第一版。这篇总结图书中提到的编程思想及相关思维方法。
编程学习
基本类型和复合类型
- Primitive Type：最基本的的、不可再分的数据类型
- Compound Type：根据语法规则组合而成的类型
学习编程要注意的三个方面（来自SICP）
- 提供的了哪些 Primitive，如基本类型、基本运算符、表达式、语句。
- 提供了哪些组合规则，如基本类型怎么组合成复合类型，简单表达式和语句怎么组成负杂的表达式和语句
- 提供了哪些抽象机制，包括数据抽象和过程抽象。
思维方法
以概念为中心的阅读习惯
每读一节就总结一套概念之间的关系图。比如下面的概念：
程序由指令组成，计算机只能执行低级语言的指令，高级语言执行前要先编译或解释，好处是平台无关性，平台是一种体系结构，是一种指令集，就是一种机器语言。
编程语言是一种形式语言，对应人类用的自然语言，形式语言有严格的语法 (Syntax) 规则，由符号 (Token) 和结构(Structure) 的规则组成。关于 Token 的规则称为词法 (Lexical) 规则，关于结构的规则称为语法 (Grammer)规则。分析句子结构的过程称为解析 (Parse)。解析完句子，理解句子的上下文，暗示的内容，是**语义 (Semantic) **的范畴。形式语言和自然语言的区别：歧义性、冗余性、与字面意思的一致性。
最少例外原则 (Rules of Least Surprise)
一个容易被用户接受的设计应该遵循最少例外原则。C 语言的设计非常优美，C++ 的设计非常负责，充满例外，饱受争议。
必要条件 (Necessary Condition)和充分条件 (Sufficient Condition)
不要把必要条件当充分条件。
编程思想
组合规则 (Composition)
组合规则是理解语法规则的基础，根据语法规则任意组合，可以用简单的常量、变量、表达式、语句和声明搭建出任意复杂的程序。
递归 (Recursive) 和 迭代 (Iteration)
如果定义一个概念要用到这个概念本身，它的定义是递归的。需要定义一个最关键的基础条件 (Base Case)，比如阶乘 (Factorial) 里 0 的阶乘等于 1。如果你相信你正在写的递归函数是正确的，并调用它，然后在此基础上写完这个递归函数，那么它就会是正确的，从而值得你相信它正确。
每次都有一点区别的重复工作称为迭代。
递归和循环是等价的，用循环能做的事用递归都能做，比如 LISP 语言只有递归而没有循环，编译器的实现用了大量递归。
递归例子：两个正整数的 a 和 b 的最大公约数 (GCD, Greatest Common Divisor) 使用 Euclid 算法，如果 a 除以 b 能整除， 则最大公约数是 b，否则，最大公约数等于 b 和 a%b 的最大公约数。
无限循环 (Infinite Loop) 的例子，n 忽大忽小，著名的 3+1 问题：
while (n != 1) {
if (n % 2 == 0) {
n = n / 2;
} else {
n = n * 3 + 1;
}
}
函数式编程 (Functional Programming) 和命令式编程 (Imperative Programming)
函数式思路：整个递归调用过程中，虽然分配和释放了很多变量，但所有变量都只在初始化时赋值。 命令式思路：通过循环对变量多次赋值来达到同样的目的。C 语言主要用 Imperative 的方式。
抽象 (Abstraction)
组合使得系统可以任意复杂，而抽象使得系统的复杂性是可以控制的，任何改动都局限在某一层，而不会波及整个系统。计算机科学家 Butler Lampson 说过："All problems in computer science can be solved by another level of indirection."
避免硬编码 (Hard coding)
数据驱动的编程 (Data-driven Programming)
数据代替代码，以打印星期几的代码为例：通过下表访问字符串组成的数组可以代替一堆 case 分支判断，把每个 case 里重复的代码 (printf 调用)提取出来。写代码最重要的是选择正确的数据结构来组织信息，设计控制流程和算法尚在其次，只要数据结构选择正确，其它代码自然而然变得容易理解和维护。Show me your flowcharts and conceal your tables, and I shall continue to be mystified. Show me your tables, and I won't usually need your flowcharts, they'll be obvious.
分而治之 (Divide-and-Conquer)
举例，归并排序，时间复杂度O(nlgn)：
- Divide: 把长度为 n 的输入序列分成两个长度为 n/2 的子序列
- Conquer: 对两个子序列分别采用归并排序
- Combine: 将两个排序好的子序列合并成一个最终的排序序列
折半查找 (Binary Search)
针对有序序列，每次把搜索范围缩小一半。
回溯 (Backtrack)
探索问题的解时走进了死胡同，则需要退回来从另一条路继续探索。举例：基于堆栈的深度优先搜索 (DFS, Depth First Search)。
调试方法
错误
编译时错误、运行时错误 (Run-time) 、逻辑和语义错误。
增量式 (Incremental) 开发
首先分析和分解问题，把大问题分解成小问题，再对小问题分别求解。这个过程在代码中体现函数的分层设计 (Stratify) ，底层函数解决小问题，上层函数通过调用底层函数解决更大的问题。
插入排序算法采用增量式的策略解决问题，每次添一个元素到已排序的子序列中，逐渐将整个数组排序完毕。时间复杂度O(n^2)。
打印语句
函数里的 printf 语句类似脚手架 (Scaffold)，验证无误后就可以撤掉。把 Scaffolding 的代码注释掉。
Design by Contract (DbC)
如果每个函数的文档都非常清楚地记录 Precondition、Maintenance、Postcondition 是什么，每个函数都可以独立编写和测试。
断言 (Assertion)
发布时在包含 assert.h 之前定义一个 NDEBUG 宏，就可以禁用 assert.h 中的 assert 宏定义，或者编译时加上选项 -DNDEBUG 。
杂
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switch 的语句块和循环结构的语句块没有本质区别：Duff’s Device 。
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编码风格
Thus, programs must be written for people to read, and only incidentally for machines to execute.