從混亂到清晰：嵌入式軟件重構(gòu)的實(shí)用技巧

嵌入式大雜燴

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具體的重構(gòu)手段可參考《代碼大全2》或《重構(gòu)：改善既有代碼的設(shè)計(jì)》，本文不再班門(mén)弄斧，而側(cè)重重構(gòu)時(shí)一些粗淺的“方法論”，旨在提高重構(gòu)效率。
作者未采用重量級(jí)的重構(gòu)工具，僅用到Source Insight的”Smart Rename”功能。也未使用CUnit等單元測(cè)試工具，而是通過(guò)在線調(diào)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)試保證代碼的正確性。
一 背景 MDU系列產(chǎn)品從他處接手，OMCI模塊相關(guān)人員含作者在內(nèi)不過(guò)三五人。除新增功能的開(kāi)發(fā)外，大量時(shí)間花費(fèi)在處理遺留故障上。但該模塊代碼龐雜且可讀性差，導(dǎo)致大家僅了解其“大概輪廓”，難以放心地使用和維護(hù)。
此外，忙碌容易使人迷失方向。主要的時(shí)間精力花費(fèi)在故障處理上時(shí)，自然無(wú)暇考慮整改代碼，從而陷入四處救火、疲于奔命的尷尬境地。
二 目標(biāo) 重構(gòu)的主要目的在于改善既有代碼的設(shè)計(jì)，而不是修改缺陷、新增功能等。
重構(gòu)可以是修改變量名、重新安排目錄這樣簡(jiǎn)單的物理重構(gòu)，也可以是抽取子函數(shù)、精簡(jiǎn)冗余設(shè)計(jì)這樣稍許復(fù)雜的邏輯重構(gòu)。但均不改變現(xiàn)有代碼的功能。
重構(gòu)可以將意大利面條式的雜亂代碼整理為千層餅式的整潔代碼。整潔的代碼更加健壯，因其便于建立完善的測(cè)試防護(hù)網(wǎng)。同時(shí)，新手老人均可放心地修改。
期望重構(gòu)之后，代碼邏輯一目了然，擴(kuò)展和修改非常方便，出現(xiàn)故障時(shí)能迅速定位和修復(fù)。前人摔跤過(guò)的地方后人不再栽倒，前人思考出的成果后人可直接借用�？傊�，高度人性化，極大解放人力和腦力。
最初的想法是，通過(guò)重構(gòu)部分流程和代碼(代碼先行)，建立測(cè)試防護(hù)體系，生成階段報(bào)告，展現(xiàn)代碼質(zhì)量(實(shí)例加數(shù)據(jù))和故障收斂曲線。借助這樣的報(bào)告，可望獲得領(lǐng)導(dǎo)層的支持和宣貫，也有利于績(jī)效考核。
三 實(shí)踐 具體實(shí)踐時(shí)，作者并未進(jìn)行純粹的“重構(gòu)”，還兼做缺陷修改，并增加自動(dòng)化測(cè)試等輔助功能。原則上，對(duì)既有代碼注重重構(gòu)，對(duì)新增代碼注重復(fù)用。
3.1 代碼研讀OMCI模塊代碼龐雜，分支眾多，上手困難(據(jù)稱(chēng)半年勉強(qiáng)入門(mén)，一年才能熟練)。若不能有效掌握現(xiàn)有代碼，后續(xù)難免被迫付出時(shí)間健康而又得不到項(xiàng)目認(rèn)同(事實(shí)上，模塊內(nèi)發(fā)現(xiàn)的遺留故障源源不斷)。反之，若能全面掌握現(xiàn)有代碼，后續(xù)才可能通過(guò)反向工程、系統(tǒng)/代碼恢復(fù)和重構(gòu)等手段，將模塊改造得更易開(kāi)發(fā)和維護(hù)，最終解放編碼者自己。
為提高代碼研讀效率，可采用分工閱讀和代碼注釋的方法。
“分工閱讀”是指將模塊分為若干塊子功能(如協(xié)議解析、告警、統(tǒng)計(jì)、二層、語(yǔ)音等)，組內(nèi)每人負(fù)責(zé)一塊或幾塊，不定期地交流和輪值。
“代碼注釋”是指在學(xué)習(xí)代碼過(guò)程中，隨手注釋代碼(大至流程、函數(shù)，小至代碼行)，功能、意圖、技巧、缺陷、疑問(wèn)等均可(凡經(jīng)過(guò)思考的地方都是可加注釋之處)。其中“疑問(wèn)”既可咨詢兄弟產(chǎn)品同一模塊的同事再轉(zhuǎn)換為功能或意圖，也可由其他注釋者解答。
這樣做的好處是：避免重復(fù)鉆研；經(jīng)驗(yàn)積累；可供量化。
代碼可取產(chǎn)品最新版本，建立服務(wù)器公共代碼目錄(SVN管理更好)。注釋時(shí)不要覆蓋其他人的注釋即可。
建議注釋統(tǒng)一格式，便于識(shí)別和檢索，形如”//>”。以下示出一個(gè)代碼注釋實(shí)例：
case OMCI_ME_ATTRIBUTE_2: // Operational state
     if (attr.attr.ucOperationState != 0 && attr.attr.ucAdminState != 1) //xywang0618> BUG: should be ucOperationState!
     {
         return OMCI_FUNC_RETURN_OUT_OF_RANGE;
     }
     break;
3.2 可讀性首先，規(guī)范變量、函數(shù)等命名。具體方法不再贅述。
其次，注釋到位，尤其是全局變量和通用函數(shù)。舉例如下：
/******************************************************************************
* 函數(shù)名稱(chēng):  ByteArray2StrSeq
* 功能說(shuō)明:  掩碼字節(jié)數(shù)組字符串化
            該數(shù)組元素為掩碼字節(jié)，將其所有值為1的比特位置轉(zhuǎn)換為指定格式的字符串
* 輸入?yún)��?shù):  pucByteArray: 掩碼字節(jié)數(shù)組
            ucByteNum   : 掩碼字節(jié)數(shù)組待轉(zhuǎn)換的有效字節(jié)數(shù)目
            ucBaseVal   : 掩碼字符串起始字節(jié)對(duì)應(yīng)的數(shù)值
* 輸出參數(shù):  pStrSeq     ：掩碼字符串，以','、'-'間隔
            形如0xD7(0b'11010111)  ---> "0-1,3,5-7"
* 返 回 值:  pStr        ：pStrSeq的指針備份，可用于strlen等鏈?zhǔn)奖磉_(dá)式
* 用法示例:  INT8U aucByteArray[8] = {0xD7, 0x8F, 0xF5, 0x73};
            CHAR szSeq[64] = {0};
            ByteArray2StrSeq(aucByteArray, 4, 0, szSeq);
               ----> "0-1,3,5-8,12-19,21,23,25-27,30-31"
            memset(szSeq, 0, sizeof(szSeq));
            ByteArray2StrSeq(aucByteArray, 4, 1, szSeq);
               ----> "1-2,4,6-9,13-20,22,24,26-28,31-32"
* 注意事項(xiàng):  因本函數(shù)內(nèi)含strcat，故調(diào)用前應(yīng)按需初始化pStrSeq
******************************************************************************/
CHAR *ByteArray2StrSeq(INT8U *pucByteArray, INT8U ucByteNum, INT8U ucBaseVal, CHAR *pStrSeq);
最后，整改晦澀難懂的代碼。主要有兩種手段：
1) 改寫(xiě)方法
以PON光路檢測(cè)為例，底層接口提供的光功率單位為0.1uW，OMCI協(xié)議Test消息上報(bào)的光功率單位為0.002dBuW，而Ani-G功率屬性單位則為0.002dBmW。
原有代碼轉(zhuǎn)換如下(為突出重點(diǎn)有所改編)：
INT16S wRxPower = GetRxPowerInDot1uW(); //接收光功率
if(wRxPower 1){
    wRxPower = 1;
}
/*0.1uw to 0.002dbm*/
dblVal = 10 * log10(wRxPower) - 40;
dblVal = dblVal * 500;
wRxPower = (INT16U)dblVal;
wRxPower  = (int)wRxPower*100;
/*opt pwr  0.00002db      X  * 0.00002*/
wRxPower = wRxPower + (30 * 500) * 100;
if(wRxPower 0){
    val = (INT16U)((0 - wRxPower) / 100);
    val = (((~val) & 0x7fff) + 1) | 0x8000;
    wRxPower = val;
}
else{
    wRxPower = wRxPower / 100;
}
可見(jiàn)，原實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)換關(guān)系非常晦澀難懂。其實(shí)借助1dBuW=10*lg(1uW)和1dBuW-1dBmW=30dB兩個(gè)公式，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)即可得到更簡(jiǎn)潔易懂的表達(dá)(為突出重點(diǎn)有所改編)：
INT16S wRxPower = GetRxPowerInDot1uW(); //接收光功率
//Test單位0.002dBuW，底層單位0.1uW，轉(zhuǎn)換關(guān)系T=(10*lg(B*0.1))/0.002=5000*(lgB-1)
wRxPower = (INT16S)(5000 * (log10((DOUBLE)wRxPower)-1));
//Ani-G功率屬性單位0.002dBmW，Test結(jié)果單位0.002dBuW
//轉(zhuǎn)換關(guān)系A(chǔ)(dBmW)*0.002 + 30 = T(dBuW)*0.002，即A=T-15000
INT16S wAniRxPwr = wRxPower - 15000;
注意，原實(shí)現(xiàn)中誤認(rèn)為Ani-G功率屬性與Test結(jié)果的單位相同，新實(shí)現(xiàn)已修正該錯(cuò)誤。
2) 封裝函數(shù)
以實(shí)體屬性的掩碼校驗(yàn)為例，原有代碼如下：
/*掩碼初校驗(yàn)*/
if ((OMCIMETYPE_SET == vpIn->omci_header.ucmsgtype)
|| (OMCIMETYPE_GET == vpIn->omci_header.ucmsgtype))
{
    wMask = W(response.omcimsg.auccontent[0],response.omcimsg.auccontent[1]);
    usSupportMask = (1 map.num))-1;
    if( 0 != (wMask & usSupportMask))
    {
        OmciPrint_warn("[%s] check mask warning: (meclass[%u], meid[%u], msgtype[%u], mask[0x%x], unsupport mask[0x%x])!
\r",
                       FUNCTION_NAME, vpIn->omci_header.wmeclass, vpIn->omci_header.wmeid, vpIn->omci_header.ucmsgtype, wMask, usSupportMask);
    }
}
對(duì)usSupportMask賦值及判斷的語(yǔ)句(第6~7行)，用于校驗(yàn)掩碼是否越界。為更具可讀性，將其封裝為如下函數(shù)：
/******************************************************************************
* 函數(shù)名稱(chēng):  OmciIsMaskOutOfLimit
* 功能說(shuō)明:  判斷實(shí)體屬性掩碼是否越界(比特1數(shù)目超過(guò)屬性數(shù)目)
* 輸入?yún)��?shù):  INT16U wMeMask  :實(shí)體掩碼
*           INT8U ucAttrNum :屬性數(shù)目
* 輸出參數(shù):  NA
* 返 回 值:  BOOL
******************************************************************************/
BOOL OmciIsMaskOutOfLimit(INT16U wMeMask, INT8U ucAttrNum)
{
    //wMeMask     :mmmm mmmm mmm0 m000
    //wInvertMask :0000 0000 000i iiii
    INT8U wInvertMask = (1 1;
    return (0 != (wMeMask & wInvertMask));
}
封裝后的函數(shù)名恰當(dāng)?shù)仄鸬健白悦枋觥钡淖饔谩?br /> 3.3 在線調(diào)測(cè)工程該產(chǎn)品作為嵌入式終端，需要在Linux系統(tǒng)中編譯打包版本，然后將其下載到目標(biāo)單板上運(yùn)行。這種交叉編譯方式對(duì)于單個(gè)模塊的調(diào)試而言，效率無(wú)疑比較低下。
為提高調(diào)測(cè)效率，在Linux服務(wù)器搭建在線調(diào)測(cè)工程。即提取OMCI模塊代碼，稍作改造后直接在服務(wù)器上編譯和運(yùn)行。這樣就可避免每次修改代碼都要重啟單板升級(jí)大版本，調(diào)測(cè)效率極高。
為使模塊可獨(dú)立運(yùn)行，需要編寫(xiě)模擬接口以屏蔽底層調(diào)用，并裁減暫不必要的特性(如線程和通信)等。
3.4 模擬數(shù)據(jù)庫(kù)OMCI模塊使用某內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理需要持久化的實(shí)體信息，但該數(shù)據(jù)庫(kù)代碼內(nèi)調(diào)用了大量平臺(tái)相關(guān)的接口，不利于實(shí)現(xiàn)模塊的在線調(diào)測(cè)。因此，作者研讀源代碼后編寫(xiě)了一個(gè)模擬數(shù)據(jù)庫(kù)。該庫(kù)仿照模塊使用的幾個(gè)原庫(kù)接口及行為，模擬接口內(nèi)部校驗(yàn)均增加錯(cuò)誤信息打印，以便于排障。
此外，在數(shù)據(jù)庫(kù)接口原語(yǔ)的基礎(chǔ)上二次封裝統(tǒng)一接口，一舉消除模塊內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)操作代碼的凌亂和重復(fù)。
3.5 自動(dòng)化測(cè)試沒(méi)有測(cè)試保護(hù)網(wǎng)的重構(gòu)，無(wú)異于沒(méi)有血源的外科手術(shù)。
首先，公共接口和函數(shù)均提供有相應(yīng)的測(cè)試函數(shù)，兼做示例和用例。如：
//Start of ByteArray2StrSeqTest//
VOID ByteArray2StrSeqTest(VOID)
{
    //ByteArray2StrSeq函數(shù)算法不甚優(yōu)美和嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)多加測(cè)試驗(yàn)證，如有可能盡量?jī)?yōu)化。
    INT8U ucTestIndex = 1;
    INT8U pucByteArray[] = {0xD7, 0x8F, 0xF5, 0x73, 0xB7, 0xF0, 0x00, 0xE8, 0x2C, 0x3B};
    CHAR pStrSeq[50] = {0};
    //Time Consumed(x86_gcc3.2.3_glibc2.2.5): 72us
    memset(pStrSeq, 0, sizeof(pStrSeq));
    ByteArray2StrSeq(pucByteArray, 4, 1, pStrSeq);
    printf("[%s] Result: %s, pStrSeq = %s!
", __FUNCTION__, ucTestIndex++,
           strcmp(pStrSeq, "1-2,4,6-9,13-20,22,24,26-28,31-32") ? "ERROR" : "OK", pStrSeq);
    //Time Consumed(x86_gcc3.2.3_glibc2.2.5): 7us
    memset(pStrSeq, 0, sizeof(pStrSeq));
    ByteArray2StrSeq(pucByteArray, 4, 0, pStrSeq);
    printf("[%s] Result: %s, pStrSeq = %s!!!
", __FUNCTION__, ucTestIndex++,
           strcmp(pStrSeq, "0-1,3,5-8,12-19,21,23,25-27,30-31") ? "ERROR" : "OK", pStrSeq);
    //Time Consumed(x86_gcc3.2.3_glibc2.2.5): 4us
    memset(pStrSeq, 0, sizeof(pStrSeq));
    ByteArray2StrSeq(&pucByteArray[4], 2, 1, pStrSeq);
    printf("[%s] Result: %s, pStrSeq = %s!
", __FUNCTION__, ucTestIndex++,
           strcmp(pStrSeq, "1,3-4,6-12") ? "ERROR" : "OK", pStrSeq);
    //Time Consumed(x86_gcc3.2.3_glibc2.2.5): 4us
    memset(pStrSeq, 0, sizeof(pStrSeq));
    ByteArray2StrSeq(&pucByteArray[6], 2, 1, pStrSeq);
    printf("[%s] Result: %s, pStrSeq = %s!
", __FUNCTION__, ucTestIndex++,
           strcmp(pStrSeq, "9-11,13") ? "ERROR" : "OK", pStrSeq);
    //Time Consumed(x86_gcc3.2.3_glibc2.2.5): 5us
    memset(pStrSeq, 0, sizeof(pStrSeq));
    ByteArray2StrSeq(&pucByteArray[8], 2, 1, pStrSeq);
    printf("[%s] Result: %s, pStrSeq = %s!
", __FUNCTION__, ucTestIndex++,
           strcmp(pStrSeq, "3,5-6,11-13,15-16") ? "ERROR" : "OK", pStrSeq);
}
//End of ByteArray2StrSeqTest//
此外，模塊內(nèi)還增加自動(dòng)化測(cè)試功能(TestSuite)，可用來(lái)驗(yàn)證批量或單個(gè)實(shí)體的配置和查詢操作。批量測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下(省略各實(shí)體的具體測(cè)試結(jié)果)：