[n年以前的诗] 前言——兼谈程序与诗之美

前言——兼谈程序与诗之美

本来翻译 Effective C++ 的 BLog 突然贴出诗来,可能会让人觉得有些怪怪的。主要是最近忙工作忙得四脚朝天,每天都要到晚上 10 点多,还要花 1 个多小时的时间赶回家,即使打车也要四五十分钟。周末也至少要加一天班,剩下的一天睡觉还不够。翻译实在是没有时间进行,进度几乎为零。偶然翻出一些旧诗,看上去似乎是很早以前的东西了。既然没有时间做新的东西,就贴这些旧的,凑数罢了。

回忆起来,写第一首诗应该是十四五岁,上初三时的事情了,最晚不会晚于高一。但早期的大都找不到了,现在能看到的最早一首是 18 岁生日前两个多月写的了,那时应该是高三。不再写诗也已经很多年了,早已没有了当年的激情。翻看那些东西,有些不相信那些居然是我写的,有恍若隔世的感觉。已经不记得是什么时候把这些东西输入电脑,惊叹于这么些年居然没有丢掉。

程序员与诗看起来风马牛不相及,但我总觉得现在我对于分行代码之美近乎偏执的追求很大程度上源于当年对于分行文字之美的同样近乎偏执的追求。真的感觉程序和诗有着某种程度的近似,尤其是写得非常优雅的代码,看上去真的有赏心悦目的感觉。这也是本人 BLog 冠名为“艺术编程”的初衷,我想同样也是很多人称编程为艺术的初衷吧。程序虽然更偏重于逻辑思维,但如果加入一些形象思维的因素,应该不是什么坏事,思维的事情,何必分那么清楚。

凭心而论,以我目前的眼光看来,一部分写得还是不错的,我几乎可以把它看作是别人写的来进行评价。现在打算陆续把它们贴出来,是希望有一些人能够看到,或者喜欢,或者厌恶。虽然有些文字现在看来比较幼稚,但还是决定不改一字,也算是对当年的一种纪念。想当初写下这个字,必有写下这个字的道理,存在即合理。

程序员也不应该总是和冷冰冰的机器打交道,涉足一些人文的领域总会有些好处。

以下是代码要求和代码,代码要求:在命令行界面提示用户输入正整数n(2<=n<=1000),找出不超过n的所有素数的集合,并按照10个一行进行格式化输出,输出的素数之间用逗号隔开,每一个素数占位4字符,不够4字符的用空格补齐。代码:/* Copyright© 2025 Shenzhen TP-LINK Technologies Co.Ltd. file work2.c brief This is a sample of coding criterion for prime checking. author Lin Zihao version 1.0.1 date 25Jul31 history \arg 1.0.1, 25Jul31, Lin Zihao, Create the file. */ #include <stdio.h> // /* DEFINES */ // #define MAX_RANGE 1000 /* 定义用户输入的最大范围 / #define MIN_RANGE 2 / 定义用户输入的最小范围 */ // /* TYPES */ // // /* EXTERN_PROTOTYPES */ // // /* LOCAL_PROTOTYPES */ // static int is_prime(int x); // /* VARIABLES */ // // /* LOCAL_FUNCTIONS */ // /* Function: is_prime Purpose: Checks whether a given integer is a prime number。 Parameters: n - The integer to be checked Return value: Returns 1 if the number is prime, 0 otherwise. / int is_prime(int x) { if (x <= 1) return 0; / Numbers less than 2 are not prime / for (int i = 2; ii<=x; i++) { /* Check only odd numbers up to n-1 / if (0 == x % i) return 0; / If divisible by any odd number, it’s not prime / } return 1; / If no divisors found, the number is prime */ } // /* PUBLIC_FUNCTIONS */ // // /* GLOBAL_FUNCTIONS */ // /* Function: main Purpose: Entry point of the program. Demonstrates the use of the is_prime function. Parameters: n - Represents the upper limit of the range within which the program identifies. dentifies. count - An integer counter used to manage the formatting of the output. Return value: 0 on successful execution, non-zero otherwise. Notes: This function is for demonstration purposes only. */ int main() { int n, count = 0; // Define variables: n for user input limit, count for tracking output formatting printf(“Enter a positive integer n: “); scanf(”%d”, &n); if(n <MIN_RANGE || n>MAX_RANGE){ /* Validate input range */ printf("Error!Please enter a number between 2 and 1000."); }else{ printf("Prime numbers up to %d are:\n", n); for (int i = 2; i <= n; i++) { if (is_prime(i)) { if (0 == count % 10 && 0 != count) { /* Start a new line after every 10 primes */ printf("\n"); } if (0 != count % 10) { /* Add comma separator except before the first number in a line */ printf(", "); } printf("%4d", i); /* Print prime number with 4-character width formatting */ count++; } } printf("\n"); } return 0; } 现在要写一个程序设计概要,目前已有初稿,现在请你修改润色下,写的更加详细深入些,并在概要设计中给出以下几个问题的回答:1、如何让用户使用起来更友好?2、如果n的输入范围【2,1000】发生变化,那任务性质会随之发生什么变化?3、考虑嵌入式环境,如何提高效率?程序效率和通用性的关系是怎样?——以下是初稿:2. 素数输出 2.1. 前言 2.1.1. 项目简要说明 实现素数筛选和格式化输出功能,输入正整数n(2≤n≤1000),输出所有不超过n的素数。 2.1.2. 任务概述 数学计算模块,需优化素数判断算法。 2.2. 需求分析 2.2.1. 功能需求 输入验证:2≤n≤1000 素数判断:识别不超过n的所有素数 格式化输出: 每行10个素数 逗号分隔 固定4字符宽度(右对齐) 2.3. 代码设计
最新发布
08-07
<think>我们首先需要根据要求修改和润色程序设计概要,并回答三个问题: 1. 如何让用户使用起来更友好? 2. 如果n的输入范围【2,1000】发生变化,那任务性质会随之发生什么变化? 3. 考虑嵌入式环境,如何提高效率?程序效率和通用性的关系是怎样? 根据初稿,我们将进行以下扩展: - 增加用户友好性设计(如输入提示、错误处理、输出观) - 分析输入范围变化的影响(包括范围扩大和缩小) - 针对嵌入式环境优化(如内存占用、执行效率、可移植性) - 讨论程序效率通用性的关系 修改后的概要设计如下:</think>### 优化后的程序设计概要 #### 2. 素数计算格式化输出系统 ##### 2.1 项目说明 本项目实现一个高效的素数筛选格式化输出系统,主要功能包括: - 接收用户输入的正整数n(2≤n≤1000) - 使用优化的试除法计算不超过n的所有素数 - 按照每行10个素数的格式输出 - 每个素数占4字符宽度(右对齐,不足补空格) - 素数间用逗号分隔 - 提供完善的输入验证和错误处理 ##### 2.2 需求分析 | 需求类型 | 详细要求 | 实现方案 | |---------|----------|----------| | **输入要求** | 1. 整数范围:2≤n≤1000<br>2. 无效输入需提示错误 | `scanf()`输入验证<br>范围检查逻辑 | | **处理要求** | 1. 高效素数判定算法<br>2. 支持边界值处理 | 优化试除法<br>特殊值处理 | | **输出要求** | 1. 每行10个素数<br>2. 格式化输出:`%4d`<br>3. 逗号分隔<br>4. 最后换行 | 计数器控制换行<br>条件分隔符输出 | | **性能要求** | 时间复杂度:O(n√n) | 循环优化<br>提前终止判断 | ##### 2.3 算法设计 ###### 2.3.1 素数判定算法优化 ```c int is_prime(int x) { if (x < 2) return 0; // 排除<2的数 if (x == 2) return 1; // 处理最小素数 if (x % 2 == 0) return 0; // 排除所有偶数 // 只需检查到√x的奇数因子 for (int i = 3; i * i <= x; i += 2) { if (x % i == 0) return 0; } return 1; } ``` **优化点分析**: 1. **提前排除**:直接过滤掉<2的数和偶数 2. **范围优化**:检查范围缩小至√x 3. **步进优化**:步长设为2(只检查奇数因子) 4. **边界处理**:单独处理最小素数2 ###### 2.3.2 输出格式化流程 ```mermaid graph TD A[开始] --> B[获取输入n] B --> C{输入验证} C -- 无效 --> D[输出错误提示] C -- 有效 --> E[初始化count=0] E --> F[i从2到n循环] F --> G{is_prime(i)?} G -- 是 --> H{count>0且count%10==0?} H -- 是 --> I[输出换行] I --> J[输出逗号] H -- 否 --> K{count%10!=0?} K -- 是 --> J J --> L[按%4d格式输出i] K -- 否 --> L L --> M[count++] G -- 否 --> F F --> N[输出结束换行] ``` ##### 2.4 关键问题解答 ###### 2.4.1 用户友好性提升方案 1. **输入引导优化**: - 明确提示格式:`"请输入正整数n(2-1000): "` - 错误分级提示: ```c if(n < MIN_RANGE) printf("错误:输入值不能小于%d\n", MIN_RANGE); else if(n > MAX_RANGE) printf("错误:输入值不能大于%d\n", MAX_RANGE); ``` 2. **输出可读性增强**: - 添加标题:`"==== 小于等于%d的素数列表 ====\n"` - 末尾统计:`"共找到%d个素数\n"` - 对齐优化:使用`%4d`保证列对齐 - 空行处理:无素数时友好提示 3. **交互流程改进**: - 支持循环输入: ```c do { // 获取输入 } while(输入无效); ``` - 添加退出选项 ###### 2.4.2 输入范围变化的影响 | 变化情况 | 影响分析 | 应对方案 | |----------|---------|----------| | **范围扩大**<br>(n>1000) | 1. 时间复杂度O(n√n)显著增加<br>2. 可能整数溢出<br>3. 输出行数剧增 | 1. 改用筛法(O(n log log n))<br>2. 使用`unsigned long`<br>3. 分页输出机制 | | **范围缩小**<br>(n<2) | 1. 无素数可输出<br>2. 需特殊处理 | 1. 强化输入验证<br>2. 友好提示<br>3. 允许重新输入 | | **动态范围** | 1. 需自适应算法<br>2. 内存管理复杂化 | 1. 实现算法切换逻辑<br>2. 添加内存检测 | ###### 2.4.3 嵌入式环境优化 **效率提升策略**: 1. **内存优化**: - 使用静态缓冲区避免动态分配 - 固定大小数组替代可变结构 - 寄存器变量声明:`register int i` 2. **算法优化**: - 预计算小素数表(2,3,5,7,11) - 循环展开技术: ```c for(; i*i <= x; i += 6) { if(x % i == 0) return 0; if(x % (i+2) == 0) return 0; } ``` - 位运算替代求模:`x & 1`代替`x % 2` 3. **输出优化**: - 格式化缓冲:先构建完整行再输出 - 减少I/O调用次数 **效率通用性关系**: ```mermaid graph LR A[嵌入式约束] --> B[资源限制] B --> C[效率优先] C --> D[特定优化] D --> E[通用性降低] F[桌面环境] --> G[资源充足] G --> H[通用性优先] H --> I[标准实现] J[平衡方案] --> K[条件编译] K --> L[嵌入式模式] K --> M[通用模式] ``` ##### 2.5 嵌入式适配方案 1. **资源受限处理**: - 移除非必要输出(如标题、统计) - 简化错误提示 - 固定缓冲区大小 2. **跨平台实现**: ```c #ifdef EMBEDDED #define PRINTF embedded_printf // 重定向输出 #define BUFFER_SIZE 64 #else #define PRINTF printf #define BUFFER_SIZE 256 #endif ``` 3. **性能关键路径**: ```c // 嵌入式专用优化 #ifdef EMBEDDED __attribute__((optimize("O3"))) #endif int is_prime(int x) { // 优化实现 } ``` ##### 2.6 测试用例设计 | 测试类型 | 输入n | 预期输出 | 验证点 | |----------|-------|----------|--------| | 最小值 | 2 | " 2" | 单元素输出 | | 边界值 | 1000 | 168个素数/17行 | 性能格式 | | 无效输入 | 1, 1001, "abc" | 错误提示 | 输入验证 | | 素数密集 | 30 | 2行输出 | 格式对齐 | | 嵌入式 | 编译宏定义 | 精简输出 | 资源优化 | ### 优化说明: 1. **用户友好性**: - 增加分级错误提示 - 添加结果统计信息 - 优化提示文本可读性 2. **范围变化应对**: - 详细分析范围扩大/缩小的影响 - 提供筛法升级路径 - 设计动态适应方案 3. **嵌入式优化**: - 提出具体优化策略(内存/算法/I/O) - 分析效率通用性平衡 - 提供条件编译方案 4. **架构设计**: - 模块化分离核心算法 - 跨平台支持设计 - 资源使用分级控制
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