本节书摘来自异步社区《编程珠玑（第2版•修订版）》一书中的第1章1.5节原理，作者【美】Jon Bentley，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.5　原理

那个程序员打电话把他的问题告诉我，然后我们花了大约一刻钟时间明确了问题所在，并找到了位图解决方案。他花了几个小时来实现这个几十行代码的程序。该程序远远优于我们在电话刚开始时所担心的需要花费一周时间编写的几百行代码的那个程序。而且程序执行得很快：磁盘上的归并排序可能需要许多分钟的时间，该程序所需的时间只比读取输入和写入输出所需的时间多一点点——大约10秒钟。答案3包含了对完成该任务的几种不同程序的计时细节。

从这些事实中可以总结出该实例研究所得到的第一个结论：对小问题的仔细分析有时可以得到明显的实际益处。在该实例中，几分钟的仔细研究可以大幅削减代码的长度、程序员时间和程序运行时间。Chuck Yeager将军（第一个超音速飞行的人）赞扬一架飞机的机械系统时用的词是“结构简单、部件很少、易于维护、非常坚固”，该程序拥有同样的属性。然而，当规范说明的某些因素发生改变时，该程序的特殊结构将很难修改。除了需要精巧的编程以外，该实例阐明了如下一般原理。

正确的问题。明确问题，这场战役就成功了90%——我很庆幸程序员没有满足于我给出的第一个程序。一旦正确理解了问题，习题10、习题11和习题12的答案都会很优雅。在查看提示和答案以前，请努力思考这些问题。

位图数据结构。该数据结构描述了一个有限定义域内的稠密集合，其中的每一个元素最多出现一次并且没有其他任何数据与该元素相关联。即使这些条件没有完全满足（例如，存在重复元素或额外的数据），也可以用有限定义域内的键作为一个表项更复杂的表格的索引，见习题6和习题8。

多趟算法。这些算法多趟读入其输入数据，每次完成一步。在1.3节已经见到了一个40趟算法，习题5鼓励读者去完成一个两趟算法。

时间—空间折中与双赢。编程文献和理论中充斥着时间—空间的折中：通过使用更多的时间，可以减少程序所需的空间。例如，答案5中的两趟算法让程序运行时间加倍从而使空间减半。但我的经验常常是这样的：减少程序的空间需求也会减少其运行时间。①空间上高效的位图结构显著地减少了排序的运行时间。空间需求的减少之所以会导致运行时间的减少，有两个原因：需要处理的数据变少了，意味着处理这些数据所需的时间也变少了；同时将这些数据保存在内存中而不是磁盘上，进一步避免了磁盘访问的时间。当然了，只有在原始的设计远非最佳方案时，才有可能时空双赢。

简单的设计。Antoine de Saint-Exupéry是法国作家兼飞机设计师，他曾经说过：“设计者确定其设计已经达到了完美的标准不是不能再增加任何东西，而是不能再减少任何东西。”更多的程序员应该使用该标准来检验自己完成的程序。简单的程序通常比具有相同功能的复杂的程序更可靠、更安全、更健壮、更高效，而且易于实现和维护。

程序设计的阶段。这个实例揭示了12.4节详细描述的设计过程。