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由NPM引发的关于left-pad的那些事儿

最近NPM社区出了一件大事,一个开发者对NPM公司不满,unpublish了自己的所有模块。其中包括被广泛使用的 left-pad ,导致Babel、ReactNative、Ember等大量工具构建失败。

这件事件本身不是我们这篇文章要讨论的主要内容,关注事件的同学可以移步 知乎 参与相关讨论。

本文讨论的内容是关于 left-pad 这个函数的实现。

原作者的实现代码是这样的:

function leftpad (str, len, ch) {   str = String(str);    var i = -1;    if (!ch && ch !== 0) ch = " ";    len = len - str.length;    while (++i < len) {     str = ch + str;   }    return str; } 

这个实现在微博上引起了广泛讨论并被吐槽。在这里我主要想讨论这段代码被吐槽的原因。

作为专业的程序员(码农),我们应该知道 代码主要是给人阅读的,只是偶尔让计算机执行一下 ,那么我们关注代码的两个方面:

  • 代码风格
  • 执行效率

前者是给人阅读,后者是执行效率。

可读性:

由于这段代码本身逻辑并不复杂,作者这个实现也是中规中矩的,因此说有什么大毛病,其实也还没有。吹毛求疵一点,那也不过是这段代码不符合JavaScript(或者说JS程序员)的风格。

这段代码,如果让月影按JS风格来写,可能会是这样的:

function leftpad(str, len, ch){   str = "" + str;   var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0){      return str;   }else{     return (new Array(padlen + 1)).join((""+ch) || " ") + str;   } } 

在这里,我们利用Array的join方法来完成重复字符串的拼接,这是使用了JS语言本身的特性,消除了循环,让代码更简单(在JS程序员眼里更简单),有点意思。

有同学可能会提出来,那么我们可以更简单,利用更多的JS特性完成这个工作:

function leftpad(str,len,ch) {     return ((new Array(len)).join((ch+"")||" ") + str)         .slice(-Math.max(len, (""+str).length)); } 

的确如此。如果考虑到ES6新的API,我们可以有更加“语义化”的写法(也更高效,后面会提到):

function leftpad(str, len, ch){   str = "" + str;   ch = ("" + ch) || " ";   var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0){      return str;   }else{     return ch.repeat(padlen) + str;   } } 

或者

function leftpad(str,len,ch) {     return (((ch+"")||" ").repeat(len) + str)         .slice(-Math.max(len, (""+str).length)); } 

但是,我们需要对不支持repeat的浏览器做降级处理,降级处理的实现在后面讨论。

以上是从代码风格,或者说从 人书写和阅读 的方便程度上去考虑如何写一个JS函数。那么还有另外一个角度,从 机器的角度 ,在可读性允许的情况下,如何尽可能提高执行的效率。

我们回顾原作者的版本,它显然使用的是一个O(N)复杂度的算法来构造填补字符,那么这个过程有没有更高效率的方法呢?我们仔细想,构造填补字符的时候没必要一个字符一个字符添加呀,我们可以用倍增的办法来添加,因此,这个构造算法可以用O(logN)的复杂度来实现:

function leftpad(str, len, ch){   str = "" + str;   if(!ch && ch !== 0) ch = " ";    var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0) return str;    var padch = padlen & 1 ? ch : "";    while(padlen >>= 1){     ch += ch;     if(padlen & 1){         padch += ch;     }   }   return padch + str; } 

然后我们回到前面说的用repeat实现,为什么我说它性能更好?我们可以看一下 repeat的实现

if (!String.prototype.repeat) {   String.prototype.repeat = function(count) {     "use strict";     if (this == null) {       throw new TypeError("can/"t convert " + this + " to object");     }     var str = "" + this;     count = +count;     if (count != count) {       count = 0;     }     if (count < 0) {       throw new RangeError("repeat count must be non-negative");     }     if (count == Infinity) {       throw new RangeError("repeat count must be less than infinity");     }     count = Math.floor(count);     if (str.length == 0 || count == 0) {       return "";     }     // Ensuring count is a 31-bit integer allows us to heavily optimize the     // main part. But anyway, most current (August 2014) browsers can"t handle     // strings 1 << 28 chars or longer, so:     if (str.length * count >= 1 << 28) {       throw new RangeError("repeat count must not overflow maximum string size");     }     var rpt = "";     for (;;) {       if ((count & 1) == 1) {         rpt += str;       }       count >>>= 1;       if (count == 0) {         break;       }       str += str;     }     // Could we try:     // return Array(count + 1).join(this);     return rpt;   } } 

从官方推荐的polyfill实现来看,它使用的就是O(logN)的算法。

所以,如果结合代码风格和执行效率,我们可以得到一个比较好的版本——

if (!String.prototype.repeat) {   String.prototype.repeat = function(count) {     "use strict";     if (this == null) {       throw new TypeError("can/"t convert " + this + " to object");     }     var str = "" + this;     count = +count;     if (count != count) {       count = 0;     }     if (count < 0) {       throw new RangeError("repeat count must be non-negative");     }     if (count == Infinity) {       throw new RangeError("repeat count must be less than infinity");     }     count = Math.floor(count);     if (str.length == 0 || count == 0) {       return "";     }     // Ensuring count is a 31-bit integer allows us to heavily optimize the     // main part. But anyway, most current (August 2014) browsers can"t handle     // strings 1 << 28 chars or longer, so:     if (str.length * count >= 1 << 28) {       throw new RangeError("repeat count must not overflow maximum string size");     }     var rpt = "";     for (;;) {       if ((count & 1) == 1) {         rpt += str;       }       count >>>= 1;       if (count == 0) {         break;       }       str += str;     }     // Could we try:     // return Array(count + 1).join(this);     return rpt;   } }  function leftpad(str, len, ch){   str = "" + str;   ch = ("" + ch) || " ";   var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0){      return str;   }else{     return ch.repeat(padlen) + str;   } } 

最后,我们跑一下 Benchmark

var Benchmark = require("benchmark");  var suite = new Benchmark.Suite;  function leftpad_azer (str, len, ch) {   str = String(str);    var i = -1;    if (!ch && ch !== 0) ch = " ";    len = len - str.length;    while (++i < len) {     str = ch + str;   }    return str; }  function leftpad_array1 (str, len, ch){   str = "" + str;   var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0){      return str;   }else{     return (new Array(padlen + 1)).join((""+ch) || " ") + str;   } }  function leftpad_array2 (str,len,ch) {   return ((new Array(len)).join((ch+"")||" ") + str)     .slice(-Math.max(len, (""+str).length)); }  function leftpad_repeat(str, len, ch){   str = "" + str;   ch = ("" + ch) || " ";   var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0){      return str;   }else{     return ch.repeat(padlen) + str;   } }  function leftpad_binary(str, len, ch){   str = "" + str;   if(!ch && ch !== 0) ch = " ";    var padlen = len - str.length;   if(padlen <= 0) return str;    var padch = padlen & 1 ? ch : "";    while(padlen >>= 1){   ch += ch;     if(padlen & 1){       padch += ch;     }   }   return padch + str; }  // add tests suite.add("leftpad#azer", function() {   leftpad_azer("10",1000,"0") }) .add("leftpad#array1", function() {   leftpad_array1("10",1000,"0") }) .add("leftpad#array2", function() {   leftpad_array2("10",1000,"0") }) .add("leftpad#repeat", function() {   leftpad_repeat("10",1000,"0") }) .add("leftpad#binary", function() {   leftpad_binary("10",1000,"0") }) // add listeners .on("cycle", function(event) {   console.log(String(event.target)); }) .on("complete", function() {   console.log("Fastest is " + this.filter("fastest").map("name")); }) // run async .run({ "async": true }); 

可以看到 Node.js 下性能最高的版本是我们自己实现的O(logN)版

leftpad#azer x 82,459 ops/sec ±3.11% (74 runs sampled) leftpad#array1 x 24,252 ops/sec ±2.17% (72 runs sampled) leftpad#array2 x 60,480 ops/sec ±3.56% (74 runs sampled) leftpad#repeat x 5,668,275 ops/sec ±4.67% (77 runs sampled) leftpad#binary x 6,488,969 ops/sec ±1.14% (89 runs sampled) 

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