# 练习23：认识达夫设备 > 原文：[Exercise 23: Meet Duff's Device](http://c.learncodethehardway.org/book/ex23.html) > 译者：[飞龙](https://github.com/wizardforcel) 这个练习是一个脑筋急转弯，我会向你介绍最著名的C语言黑魔法之一，叫做“达夫设备”，以“发明者”汤姆·达夫的名字命名。这一强大（或邪恶？）的代码中，几乎你学过的任何东西都被包装在一个小的结构中。弄清它的工作机制也是一个好玩的谜题。 > 注 > C的一部分乐趣来源于这种神奇的黑魔法，但这也是使C难以使用的地方。你最好能够了解这些技巧，因为他会带给你关于C语言和你计算机的深入理解。但是，你应该永远都不要使用它们，并总是追求简单易读的代码。 达夫设备由汤姆·达夫“发现”（或创造），它是一个C编译器的小技巧，本来不应该能够正常工作。我并不想告诉你做了什么，因为这是一个谜题，等着你来思考并尝试解决。你需要运行这段代码，之后尝试弄清它做了什么，以及为什么可以这样做。 ```c #include <stdio.h> #include <string.h> #include "dbg.h" int normal_copy(char *from, char *to, int count) { int i = 0; for(i = 0; i < count; i++) { to[i] = from[i]; } return i; } int duffs_device(char *from, char *to, int count) { { int n = (count + 7) / 8; switch(count % 8) { case 0: do { *to++ = *from++; case 7: *to++ = *from++; case 6: *to++ = *from++; case 5: *to++ = *from++; case 4: *to++ = *from++; case 3: *to++ = *from++; case 2: *to++ = *from++; case 1: *to++ = *from++; } while(--n > 0); } } return count; } int zeds_device(char *from, char *to, int count) { { int n = (count + 7) / 8; switch(count % 8) { case 0: again: *to++ = *from++; case 7: *to++ = *from++; case 6: *to++ = *from++; case 5: *to++ = *from++; case 4: *to++ = *from++; case 3: *to++ = *from++; case 2: *to++ = *from++; case 1: *to++ = *from++; if(--n > 0) goto again; } } return count; } int valid_copy(char *data, int count, char expects) { int i = 0; for(i = 0; i < count; i++) { if(data[i] != expects) { log_err("[%d] %c != %c", i, data[i], expects); return 0; } } return 1; } int main(int argc, char *argv[]) { char from[1000] = {'a'}; char to[1000] = {'c'}; int rc = 0; // setup the from to have some stuff memset(from, 'x', 1000); // set it to a failure mode memset(to, 'y', 1000); check(valid_copy(to, 1000, 'y'), "Not initialized right."); // use normal copy to rc = normal_copy(from, to, 1000); check(rc == 1000, "Normal copy failed: %d", rc); check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Normal copy failed."); // reset memset(to, 'y', 1000); // duffs version rc = duffs_device(from, to, 1000); check(rc == 1000, "Duff's device failed: %d", rc); check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Duff's device failed copy."); // reset memset(to, 'y', 1000); // my version rc = zeds_device(from, to, 1000); check(rc == 1000, "Zed's device failed: %d", rc); check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Zed's device failed copy."); return 0; error: return 1; } ``` 这段代码中我编写了三个版本的复制函数： `normal_copy` 使用普通的`for`循环来将字符从一个数组复制到另一个。 `duffs_device` 这个就是称为“达夫设备”的脑筋急转弯，以汤姆·达夫的名字命名。这段有趣的邪恶代码应归咎于他。 `zeds_device` “达夫设备”的另一个版本，其中使用了`goto`来让你发现一些线索，关于`duffs_device`中奇怪的`do-while`做了什么。 在往下学习之前仔细了解这三个函数，并试着自己解释代码都做了什么。 ## 你会看到什么 这个程序没有任何输出，它只会执行并退出。你应当在`Valgrind`下运行它并确保没有任何错误。 ## 解决谜题 首先需要了解的一件事，就是C对于它的一些语法是弱检查的。这就是你可以将`do-while`的一部分放入`switch`语句的一部分的原因，并且在其它地方的另一部分还可以正常工作。如果你观察带有`goto again`的我的版本，它实际上更清晰地解释了工作原理，但要确保你理解了这一部分是如何工作的。 第二件事是`switch`语句的默认贯穿机制可以让你跳到指定的`case`，并且继续运行知道`switch`结束。 最后的线索是`count % 8`以及顶端对`n`的计算。 现在，要理解这些函数的工作原理，需要完成下列事情： + 将代码抄写在一张纸上。 + 当每个变量在`switch`之前初始化时，在纸的空白区域，把每个变量列在表中。 + 按照`switch`的逻辑模拟执行代码，之后再正确的`case`处跳出。 + 更新变量表，包括`to`、`from`和它们所指向的数组。 + 当你到达`while`或者我的`goto`时，检查你的变量，之后按照逻辑返回`do-while`顶端，或者`again`标签所在的地方。 + 继续这一手动的执行过程，更新变量，直到确定明白了代码如何运作。 ## 为什么写成这样？ 当你弄明白它的实际工作原理时，最终的问题是：问什么要把代码写成这样？这个小技巧的目的是手动编写“循环展开”。大而长的循环会非常慢，所以提升速度的一个方法就是找到循环中某个固定的部分，之后在循环中复制代码，序列化地展开。例如，如果你知道一个循环会执行至少20次，你就可以将这20次的内容直接写在源代码中。 达夫设备通过将循环展开为8个迭代块，来完成这件事情。这是个聪明的办法，并且可以正常工作。但是目前一个好的编译器也会为你完成这些。你不应该这样做，除非少数情况下你证明了它的确可以提升速度。 ## 附加题 + 不要再这样写代码了。 + 查询维基百科的“达夫设备”词条，并且看看你能不能找到错误。将它与这里的版本对比，并且阅读文章来试着理解，为什么维基百科上的代码在你这里不能正常工作，但是对于汤姆·达夫可以。 + 创建一些宏，来自动完成任意长度的这种设备。例如，你想创建32个`case`语句，并且不想手动把它们都写出来时，你会怎么办？你可以编写一次展开8个的宏吗？ + 修改`main`函数，执行一些速度检测，来看看哪个实际上更快。 + 查询`memcpy`、`memmove`和`memset`，并且也比较一下它们的速度。 + 不要再这样写代码了！