【改善既有代码的设计】结合真实的代码案例场景，谈谈我的一些实施方法！

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1. 题外话

在本活动开始之前，非常荣幸地收到RRT小师弟的邀请，
看能否帮忙想想1024程序员节的论坛活动好点子，在此非常感谢对我的信任。
想起早年在浏览一些博文的时候，对国外代码社区举办的"烂代码比赛"印象深刻，
看到那些牛人提交的"眼花缭乱的bad-but-work-well的代码，简直是佩服得五体投地。
自然我们大部分的程序员还很难提供出这么秀的代码，
所以基于这个原则，结合我们的实际情况，
修改了下比赛规则，重在娱乐参与，旨在代码提升。

更多关于此次show-me-bad-code活动的介绍，请点击这里。

2. 我来提供一段代码

2.1 代码背景

这段代码的原型来自于早几年在一家POS行业内头部企业供职时的真实案例代码，基于这套代码也是过了各种POS机的行业认证，
经过10多年的沉淀，基于该模板代码移植/改造而来的应用程序，罐装的POS机累计装机量应该在KW级别，可谓就是传说中妥妥的【祖传代码】。

早期代码的运行环境是嵌入式Linux系统，总内存高达128MB，还是非常富余的；后面才慢慢切为RTOS系统，内存也锐减到64MB，但即便这样，给到应用程序的内存也是非常充足的。

2.2 代码功能

这段代码的主要功能就是在POS机触发交易时的界面（带LCD显示）下，能够自动识别出当前要使用的各种交易方式，其中包括：

• 是否刷了磁条卡？（刷了磁条卡，走刷磁条卡的交易流程）

• 是否插入了IC卡？（插入IC卡，走银联的IC卡交易流程，行内称PBOC流程）

• 是否使用了IC卡做非接触交易（俗称：挥卡）？（挥卡交易，走银联的IC卡快速交易，行内称qPBOC流程）

• 是否扫描到了微信/支付宝这类的支付条码？（条码支付与标准银行卡交易是完全不一样的流程）

• 是否按下了【取消键】，用户主动退出了交易？

• 是否在规定的时间内（一般60S）没有任何的交易发生，导致超时？

除这些功能外，因为POS机交易是需要保存最近N笔交易记录的，所以这个处理交易的流程中，还得维护交易记录的保存。而代码中用于保存交易记录的结构体也是非常非常非常的庞大，大到一个结构体就占用接近2KB，这是非常恐怖的。

2.3 代码片段

为了仅说明情况，而不透露具体的技术细节，这里我仅提供伪代码，注意代码里的注释，是我为了辅助介绍而自己添加的，原来的代码中，注释比这少得可怜。

/**
  * 保存交易记录的结构体定义
  */
typedef struct _transaction_log_t {
     
   	char time_stamp[32];
    uint8_t trans_type;
    uint8_t trans_no;
    
    /* 各式各样的数据定义长达20-30个变量 */
    uint8_t data1[64];
    ...
    uint8_t datan[128];
} transaction_log_t;

/* 全局的交易log变量，被各个处理流程的文件引用 */
transaction_log g_log_info;

/**
  * 支持的交易方式的掩码
  */
#define TRANSACTION_SWIPE_CARD      0x01
#define TRANSACTION_INSERT_CARD     0x02
#define TRANSACTION_TAP_CARD        0x04
#define TRANSACTION_CODE_PAY        0x08

/**
 * 处理交易的流程总入口
 */
int all_transaction_process(int timeouts_ms, int transaction_flag)
{
     
    int start_time, end_time;

    end_time = 0;
    start_time = get_local_time();
    
    /* 循环判断需要支持的交易方式，直到触发了某种交易或者超时 */
 	while (1) {
     
        if (transaction_flag & TRANSACTION_SWIPE_CARD) {
     
         	/* 判断刷卡：阻塞式的接口，带超时时间 */
            ret = get_swipe_card(10);
            if (ret == ok) {
     
                /* 处理刷卡流程 */
                ...
                return 0;
            }
        } else if (transaction_flag & TRANSACTION_SWIPE_CARD) {
     
         	/* 判断插卡：阻塞式接口，带超时时间 */
            ret = get_insert_card(10);
            if (ret == ok) {
     
                /* 处理插卡流程 */
                ...
                return 0;
            }
        } else if (transaction_flag & TRANSACTION_SWIPE_CARD) {
     
         	/* 判断挥卡：阻塞式接口，带超时时间 */
            ret = get_tap_card(10);
            if (ret == ok) {
     
                /* 处理挥卡流程 */
                ...
                return 0;
            }  
        } else if (transaction_flag & TRANSACTION_SWIPE_CARD) {
     
         	/* 判断条码支付 */
            ret = get_code(10);
            if (ret == ok) {
     
                /* 处理条码流程 */
                ...
                return 0;
            }
        }
            
        end_time = get_local_time();
        if (start_time + timeous_ms == end_time) {
     
            /* timeout */
            return -1;
        }
        
        /* 界面显示倒计时 */
        lcd_update_timetous();
        
        /* 循环延时 */
        delay_ms(10);
    }   
}

/**
 * main函数总入口
 */
int main(int argc, const char *argv[])
{
     
    /* 应用初始化 */
    system_init();
        
    /* 处理备份及系统异常断电引发的冲正交易 */
    handle_bakup();
        
    /* main loop */
    while (1) {
     
     	/* 每10ms获取下当前有没有按键触发交易 */
        key = get_key_ms(10);
        if (key1 == key) {
     
            /* 有触发交易需求 */
            ret = all_transaction_process(60*1000, );
        } else if (key2 == key) {
     
            /* 其他菜单操作 */
            ...
        } else {
     
            /* 超时或未知按键输入 */
            ...
        }
        
        /* 刷新显示在LCD上的时间 */
        update _time_dispaly();
    }
    
    return 0;
}

2.4 "烂"的理由

这里说上面的代码"烂"并不是说它工作得不行，相反，它的确工作得可以，从装机量和各种行业认证就可以看得出来，还是扛得住市场对它的考验。这里提出它"烂"的原因，主要考虑是从代码设计和代码维护的角度来看。

• 代码维护上：全局变量全盘引用，乱串于各个文件中，可读性非常差

• 代码设计上：数据结构没有规划设计，导致结构体定义太复杂，太过庞然大物，冗余空间浪费大

• 代码设计上：所有交易流程的判断处理，太过于死板，一个if-else判断到底，耦合严重，可扩展性非常差

• 代码设计上：LCD显示与核心业务流程跳转参杂在一起，没有解耦，往往改了业务功能的同时还要改UI实现

• 代码性能上：流程处理中，大量使用带超时时间的阻塞式函数，导致整个流程响应的时效性不是很理想

3. 改善既有代码的设计

3.1 改善代码前的思考

大家都戏称祖传代码，请勿随意改动，但我觉得真正优秀的代码，是慢慢被迭代，被重构而来的，否则的代码就会被一步步地堆砌起来，直到有一天，没人能够再修改维护了，那一刻就如同一栋大厦轰然倒塌，这是非常糟糕的。

正是基于这些的考虑，当时我也是很大胆地向主管提出，我们应该从小面积开始做代码重构，逐渐改善一些有缺陷的代码设计。

比较遗憾的是，主管是相对保守的，没有接受后面大面积重构的实施，主要还是担心期间的风险，影响外面的程序升级。从商业的角度上，我是支持他的；但是，从代码的角度，我还是坚持我的观点；当然这并不影响我们的共事。

3.2 我要如何改善这些代码

先说下，主管答允我的小面积重构部分，我是怎么做的！

【代码维护上：全局变量全盘引用，乱串于各个文件中，可读性非常差】

针对这一点，我重新整理了部分的C代码规划，明确要求非十分必要的设计，不允许全局变量在多个C文件中修改传递，尽量控制在一个C文件，同时关键的数据都封装成get/set接口，减少通篇修改数据的可能性。

在code review环境，着重对此类代码做重点审查，一经发现，务必打回重新修改提交。

【代码设计上：数据结构没有规划设计，导致结构体定义太复杂，太过庞然大物，冗余空间浪费大】

针对这一点，我的方法就是重新梳理，我们需要用到的必备数据，把所有非必须的数据全部删除，同时一些数据buffer的长度，再严格评估其真正的内存需求空间，而不是一上来就定义32字节/64字节/128字节。

还有一个方面，就是尽量考虑字节对齐的问题，定义结构体的时候，多考虑考虑。

最后的实践方案，省下了一半的空间。

再说下，当时我提出的实施方案，但是被按下的重构方案！

【

代码设计上：所有交易流程的判断处理，太过于死板，一个if-else判断到底，耦合严重，可扩展性非常差

代码设计上：LCD显示与核心业务流程跳转参杂在一起，没有解耦，往往改了业务功能的同时还要改UI实现

代码性能上：流程处理中，大量使用带超时时间的阻塞式函数，导致整个流程响应的时效性不是很理想

】

这三点，我认为都应该通过改善整体的代码架构来提升，下面简单说说的重构思路。

为了解决此类有业务处理流程，又有UI输入和UI显示的处理场景了，有一个比较成熟的软件模型，叫MVC模型。

MVC 模式代表 Model-View-Controller（模型-视图-控制器） 模式。

• Model（模型） - 模型代表核心业务处理模块。它也可以带有逻辑，在数据变化时更新控制器。
• View（视图） - 视图代表模型包含的数据的可视化，即UI部分。
• Controller（控制器） - 控制器作用于模型和视图上。它控制数据流向模型对象，并在数据变化时更新视图。它使视图与模型分离开。

根据这个理论模型，应用到我的工程上就是：

Controller：控制器，对应在这里就是，各式各样的事件监听器，把各种用户可能输入的方式抽象成一个个事件，而每个事件都有对应的监听器，当监听器识别到了对应事件的发生，立马触发事件给到模型层。

Model: 模型，这应该整个设计中代码最重的部分，主要是各个处理事件的处理，独立抽象成一个个模型，这些模型层互不干扰，也易于扩展，有新的事件需要处理就重新定义个模型即可。

View：视图，就是最简单的UI界面，它负责对Model提供的数据最UI界面的更新，比如刷新时间，比如显示倒计时，比如提示用卡信息等等。

它的整一个示意图如下所示：

应用MVC框架的最大好处就是把M和V分离开来，数据和视图解耦，使得数据易于处理并存储，同时也易于扩展，这里的扩展包括视图扩展和模型扩展，从一变N变得更加容易。

另外很重要的一点，在性能上，处理的实时性大大提升了，而不是简单的阻塞、延时这种粗暴的方法，取之而来的各种异步监听，快速响应，这一点我觉得在涉及到UI的应用场景下，都是应该要着重考虑的部分。

4. 更多思考

代码是无止境的，没有最好的代码实现，但是往往有更好的代码实现。

很多奇奇怪怪的BUG，在代码设计和代码编写阶段其实已经埋下了隐患，只不过短时间没有暴露出来而已。

这也就要求我们这些代码工作者，在敲代码之前，多想想设计思路，尽量把你的思路，你的流程通过图表的形式表达出来，

再不济，也应该要形成文档，以便于随时可以复盘你的代码实现是否偏离了你原本的设计。

毫不夸张地说，一个在设计阶段就有缺陷的代码架构，再怎么修饰也将于事无补。

这也是我目前转入软件架构师岗位，得出的最直接的心得。

最后愿这个世界的程序越来越强，BUG越来越少；

不过，这样的话，那我们岂不是要失业了？