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  • 如何优化【if else】的面条代码,我们一起来解决代码复杂度问题!

    相信不少同学在维护老项目时,都遇到过在深深的 if else 之间纠缠的业务逻辑。面对这样的一团乱麻,简单粗暴地继续增量修改常常只会让复杂度越来越高,可读性越来越差,有没有固定的套路来梳理它呢?这里分享三种简单通用的重构方式。

    什么是面条代码

    所谓的【面条代码】,常见于对复杂业务流程的处理中。它一般会满足这么几个特点:

        ✿ 内容长

        ✿ 结构乱

        ✿ 嵌套深

    我们知道,主流的编程语言均有函数或方法来组织代码。对于面条代码,不妨认为它就是满足这几个特征的函数吧。根据语言语义的区别,可以将它区分为两种基本类型:

     

    if...if 型

    这种类型的代码结构形如:

    function demo (a, b, c) {
    
      if (f(a, b, c)) {
    
        if (g(a, b, c)) {
    
          // ...
    
        }
    
        // ...
    
        if (h(a, b, c)) {
    
          // ...
    
        }
    
      }
    
      if (j(a, b, c)) {
    
        // ...
    
      }
    
      if (k(a, b, c)) {
    
        // ...
    
      }
    
    }

    流程图形如:


     

    它通过从上到下嵌套的 if,让单个函数内的控制流不停增长。不要以为控制流增长时,复杂度只会线性增加

    我们知道函数处理的是数据,而每个 if 内一般都会有对数据的处理逻辑。

    那么,即便在不存在嵌套的情形下,如果有 3 段这样的 if,那么根据每个 if 是否执行,数据状态就有 2 ^ 3 = 8 种。

    如果有 6 段,那么状态就有 2 ^ 6 = 64 种。从而在项目规模扩大时,函数的调试难度会指数级上升!这在数量级上,与《人月神话》的经验一致。

    else if...else if 型

    这个类型的代码控制流,同样是非常常见的。形如:

    function demo (a, b, c) {
    
      if (f(a, b, c)) {
    
        if (g(a, b, c)) {
    
          // ...
    
        }
    
        // ...
    
        else if (h(a, b, c)) {
    
          // ...
    
        }
    
        // ...
    
      } else if (j(a, b, c)) {
    
        // ...
    
      } else if (k(a, b, c)) {
    
        // ...
    
      }
    
    }

    流程图形如:


     

    else if 最终只会走入其中的某一个分支,因此并不会出现上面组合爆炸的情形。但是,在深度嵌套时,复杂度同样不低。

    假设嵌套 3 层,每层存在 3 个 else if,那么这时就会出现 3 ^ 3 = 27 个出口。

    如果每种出口对应一种处理数据的方式,那么一个函数内封装这么多逻辑,也显然是违背单一职责原则的。并且,上述两种类型可以无缝组合,进一步增加复杂度,降低可读性。

    但为什么在这个有了各种先进的框架和类库的时代,还是经常会出现这样的代码呢?

    个人的观点是,复用的模块确实能够让我们少写【模板代码】,但业务本身无论再怎么封装,也是需要开发者去编写逻辑的。而即便是简单的 if else,也能让控制流的复杂度指数级上升。

    从这个角度上说,如果没有基本的编程素养,不论速成掌握再优秀的框架与类库,同样会把项目写得一团糟。

    重构策略

    上文中,我们已经讨论了面条代码的两种类型,并量化地论证了它们是如何让控制流复杂度指数级激增的。然而,在现代的编程语言中,这种复杂度其实是完全可控的。下面分几种情形,列出改善面条代码的编程技巧。

    基本情形

    对看起来复杂度增长最快的 if...if 型面条代码,通过基本的函数即可将其拆分。下图中每个绿框代表拆分出的一个新函数:


     

    由于现代编程语言摒弃了 goto,因此不论控制流再复杂,函数体内代码的执行顺序也都是从上而下的。

    因此,我们完全有能力在不改变控制流逻辑的前提下,将一个单体的大函数,自上而下拆逐步分为多个小函数,而后逐个调用之。这是有经验的同学经常使用的技巧,具体代码实现在此不做赘述了。

    需要注意的是,这种做法中所谓的不改变控制流逻辑,意味着改动并不需要更改业务逻辑的执行方式,只是简单地【把代码移出去,然后用函数包一层】而已。有些同学可能会认为这种方式治标不治本,不过是把一大段面条切成了几小段,并没有本质的区别。

    然而真的是这样吗?通过这种方式,我们能够把一个有 64 种状态的大函数,拆分为 6 个只返回 2 种不同状态的小函数,以及一个逐个调用它们的 main 函数。这样一来,每个函数复杂度的增长速度,就从指数级降低到了线性级。

    这样一来,我们就解决了 if...if 类型面条代码了,那么对于 else if...else if 类型的呢?

    查找表

    对于 else if...else if 类型的面条代码,一种最简单的重构策略是使用所谓的查找表。它通过键值对的形式来封装每个 else if 中的逻辑:

    const rules = {
    
      x: function (a, b, c) { /* ... */ },
    
      y: function (a, b, c) { /* ... */ },
    
      z: function (a, b, c) { /* ... */ }
    
    }
    
    function demo (a, b, c) {
    
      const action = determineAction(a, b, c)
    
      return rules[action](a, b, c)
    
    }

    每个 else if 中的逻辑都被改写为一个独立的函数,这时我们就能够将流程按照如下所示的方式拆分了:


     

    对于先天支持反射的脚本语言来说,这也算是较为 trivial 的技巧了。但对于更复杂的 else if 条件,这种方式会重新把控制流的复杂度集中到处理【该走哪个分支】问题的 determineAction 中。有没有更好的处理方式呢?

    职责链模式

    在上文中,查找表是用键值对实现的,对于每个分支都是 else if (x === 'foo') 这样简单判断的情形时,'foo' 就可以作为重构后集合的键了。

    但如果每个 else if 分支都包含了复杂的条件判断,且其对执行的先后顺序有所要求,那么我们可以用职责链模式来更好地重构这样的逻辑。

    对 else if 而言,注意到每个分支其实是从上到下依次判断,最后仅走入其中一个的。

    这就意味着,我们可以通过存储【判定规则】的数组,来实现这种行为。如果规则匹配,那么就执行这条规则对应的分支。我们把这样的数组称为【职责链】,这种模式下的执行流程如下图:


     

    在代码实现上,我们可以通过一个职责链数组来定义与 else if 完全等效的规则:

    const rules = [
    
      {
    
        match: function (a, b, c) { /* ... */ },
    
        action: function (a, b, c) { /* ... */ }
    
      },
    
      {
    
        match: function (a, b, c) { /* ... */ },
    
        action: function (a, b, c) { /* ... */ }
    
      },
    
      {
    
        match: function (a, b, c) { /* ... */ },
    
        action: function (a, b, c) { /* ... */ }
    
      }
    
      // ...
    
    ]

    rules 中的每一项都具有 match 与 action 属性。这时我们可以将原有函数的 else if 改写对职责链数组的遍历:

    function demo (a, b, c) {
    
      for (let i = 0; i < rules.length; i++) {
    
        if (rules[i].match(a, b, c)) {
    
          return rules[i].action(a, b, c)
    
        }
    
      }
    
    }

    这时每个职责一旦匹配,原函数就会直接返回,这也完全符合 else if 的语义。通过这种方式,我们就实现了对单体复杂 else if 逻辑的拆分了。

    总结

    面条代码其实容易出现在不加思考的【糙快猛】式开发中。很多简单粗暴地【在这里加个 if,在那里多个 return】的 bug 修复方式,再加上注释的匮乏,很容易让代码可读性越来越差,复杂度越来越高。

    在实现常见业务功能时,掌握好编程语言,梳理好需求,用最简单的代码将其实现,就已经是最优解了。

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