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ABACUS 全局数据结构和代码行数检测

作者:韩昊知,邮箱:haozhi.han@stu.pku.edu.cn

审核:陈默涵,邮箱:mohanchen@pku.edu.cn

最后更新时间:2023/11/20

一、背景

第一部分背景。我们将从 ABACUS 的两个主要方面来介绍目前重构还需要进行的工作:一是全局变量和全局类。二是文件的大小和长度。这个文档的主要目的也是要呼吁更多的开发者能够有意识的,主动的对代码目前的一些问题进行重构,这有利于提升代码整体的质量。我们也欢迎更多的开源社区伙伴能够加入进来,提升 ABACUS 代码的质量。

第二部分,我们提供了一个测试 ABACUS 代码关于全局数据结构和代码行数的脚本。

第三部分,我们针对 ABACUS 3.4.2 版本进行了一次检测,检测结果和检测时间已列在文档中,希望这个数据能够帮助到想要对代码进行相关重构的同学。我们会隔一段时间后再对本文档进行更新。

1. 全局变量和全局类

ABACUS 代码里长期存在一些全局变量(程序里以 GlobalV::开头的变量,V 代表 variables)和全局类(程序里以 GlobalC::开头的类,C 代表 classes)。这里全局的含义说明这些变量和类可以在程序的任何一个角落调用,不需要通过函数的接口传递。

在程序发展早期,使用全局变量和全局类可以加速程序新功能的开发,使得开发者可以快速的调用到想要的模块,例如 ucell 代表原胞信息的类,那么只要需要使用到诸如原子位置和种类等信息,都可以直接调用,就显得很方便。

然而,随着 ABACUS 代码数量的增加,对一些全局变量和全局类不加控制的使用导致了严重的问题,即当某一个全局变量或者全局类被修改之后,会影响大量的代码,从而可能引发不同功能的 bug,另外也会给对全局变量或者全局类修改的开发者带来很多额外的工作量。

大多数的开发者会延用 ABACUS 目前的全局类和全局变量的使用,但我们认为这可能会慢慢的导致 ABACUS 的代码结构越来越变得不可维护,因此有必要做出一些代码结构上的调整甚至重构。

目前 ABACUS 开发团队觉得需要做两件事情来提升代码质量,一方面需要对全局变量和全局类的使用加以控制,不在特殊情况下一般不建议使用。另外一方面,对一些可以不成为全局变量或者全局类的代码加以修改和重构,逐步减少全局变量和全局类的使用次数,通过一些更规范的函数参数传递来进行替代。但是,这项工作涉及到的工作量较大,因此需要逐步的推进完成,甚至依赖开源的力量来推动它完成,从而根本上提升 ABACUS 的代码质量。

2. 代码长度

在 ABACUS 开发的过程中,有些开发者倾向于将同一类功能的代码都放入到同一个代码文件,但后期我们发现如果对这个过程不加以一定条件的约束,会使得代码质量下降。首先,随着程序的不断发展,一个长的代码里可能会有一些代码可以被别的地方重用,但是这部分代码不容易被抽出来。其次,当要对一个长代码里的一些函数进行局部修改时,也会容易使得开发者难以聚焦到一个特定功能代码上。反之,如果把代码尽可能按照“一定的规则”分散开来,例如每个代码文件长度不超过 500 行,那会使得维护和更新变得更容易,因此我们倡导开发者持续的针对代码长度进行重构,目前软件里有不少超过 >500 行的程序。

二、测试脚本

此脚本功能:

# --------------1. 计算总代码行数--------------

# --------------2. 统计每个文件夹内 GlobalV 和 GlobalC 出现的次数--------------

# --------------3. 输出行数大于 500 行的文件路径及其行数--------------

<strong>import</strong> os

<strong>def</strong> count_lines_of_code(file_path):
    """
    计算文件的代码行数

    :param file_path: 文件路径
    :return: 代码行数
    """
    <strong>with</strong> open(file_path, "r", encoding="utf-8", errors="ignore") <strong>as</strong> file:
        lines = file.readlines()
    <strong>return</strong> len(lines)

<strong>def</strong> count_lines_in_folder(folder_path):
    """
    计算文件夹中所有文件的代码行数

    :param folder_path: 文件夹路径
    :return: 总代码行数
    """
    total_lines = 0

    <strong>for</strong> root, dirs, files <strong>in</strong> os.walk(folder_path):
        <strong>for</strong> file <strong>in</strong> files:
            <em># 构建文件的完整路径</em>
            file_path = os.path.join(root, file)

            <em># 跳过非文本文件</em>
            <strong>if</strong> not file_path.endswith((".cpp", ".c", ".h")):
                <strong>continue</strong>

            <em># 计算文件的代码行数并累加到总行数中</em>
            lines = count_lines_of_code(file_path)
            total_lines += lines

    <strong>return</strong> total_lines

<em># ----------------------------------------------</em>
<strong>def</strong> count_globals_in_file(file_path):
    """
    统计一个文件中出现了多少次 GlobalV 和 GlobalC
    
    :param file_path: 文件路径
    :return: {'globalv_count': GlobalV 出现的次数, 'globalc_count': GlobalC 出现的次数}
    """
    globalv_count = 0
    globalc_count = 0
    
    <strong>try</strong>:
        <strong>with</strong> open(file_path, 'r', encoding='utf-8', errors='ignore') <strong>as</strong> file:
            content = file.read()
            globalv_count = content.count('GlobalV')
            globalc_count = content.count('GlobalC')
    <strong>except</strong> FileNotFoundError:
        print(<strong>f</strong>"File not found: {file_path}")
    <strong>except</strong> Exception <strong>as</strong> e:
        print(<strong>f</strong>"An error occurred: {e}")
    
    <strong>return</strong> {'globalv_count': globalv_count, 'globalc_count': globalc_count}

<strong>def</strong> count_globals_in_folder(folder_path):
    """
    统计一个文件夹中出现了多少次 GlobalV 和 GlobalC
    
    :param folder_path: 文件夹路径
    :return: {'globalv_count': GlobalV 出现的总次数, 'globalc_count': GlobalC 出现的总次数}
    """
    globalv_count = 0
    globalc_count = 0

    <strong>for</strong> root, dirs, files <strong>in</strong> os.walk(folder_path):
        <strong>for</strong> file <strong>in</strong> files:
            <em># 构建文件的完整路径</em>
            file_path = os.path.join(root, file)

            <em># 跳过非文本文件</em>
            <strong>if</strong> not file_path.endswith(('.cpp', '.c', '.h')):
                <strong>continue</strong>

            <em># 调用 count_globals_in_file 函数,统计文件中 GlobalV 和 GlobalC 的出现次数</em>
            file_counts = count_globals_in_file(file_path)
            globalv_count += file_counts['globalv_count']
            globalc_count += file_counts['globalc_count']
    
    <strong>return</strong> {'globalv_count': globalv_count, 'globalc_count': globalc_count}

<strong>def</strong> count_globals_in_subfolders(main_folder_path):
    """
    统计一个文件夹内所有子文件夹的 GlobalV 和 GlobalC 出现次数
    
    :param main_folder_path: 主文件夹路径
    :return: 字典,包含每个子文件夹的 GlobalV 和 GlobalC 出现次数
    """
    subfolder_counts = {}

    <strong>for</strong> root, dirs, files <strong>in</strong> os.walk(main_folder_path):
        <strong>for</strong> folder <strong>in</strong> dirs:
            folder_path = os.path.join(root, folder)

            <em># 调用 count_globals_in_folder 函数,统计子文件夹中 GlobalV 和 GlobalC 的出现次数</em>
            folder_counts = count_globals_in_folder(folder_path)
            subfolder_counts[folder] = folder_counts
    
    <strong>return</strong> subfolder_counts

<strong>def</strong> print_folder_tree_with_counts(folder_path, indent=""):
    """
    输出文件夹树结构,同时统计每个文件夹内出现了多少次 GlobalV 和 GlobalC
    
    :param folder_path: 文件夹路径
    :param indent: 缩进字符串,用于表示层级关系
    """
    folder_info = count_globals_in_folder(folder_path)
    
    <em># 输出当前文件夹的名称</em>
    print(indent + "|-- " + os.path.basename(folder_path))

    <em># 输出当前文件夹内的 GlobalV 和 GlobalC 出现次数</em>
    print(indent + <strong>f</strong>"    GlobalV 出现了 {folder_info['globalv_count']} 次")
    print(indent + <strong>f</strong>"    GlobalC 出现了 {folder_info['globalc_count']} 次")
    
    <em># 获取文件夹中的所有项目(文件和子文件夹)</em>
    items = os.listdir(folder_path)
    
    <strong>for</strong> item <strong>in</strong> items:
        <em># 构建项目的完整路径</em>
        item_path = os.path.join(folder_path, item)
        
        <em># 检查项目是否是文件夹</em>
        <strong>if</strong> os.path.isdir(item_path):
            <em># 递归调用,打印子文件夹的树结构</em>
            print_folder_tree_with_counts(item_path, indent + "    ")

<em># 指定文件夹路径</em>
folder_path = "./abacus-develop/source"

<em># --------------1. 计算代码行数--------------</em>
<em># 调用函数,获取文件夹中所有文件的代码行数</em>
total_lines = count_lines_in_folder(folder_path)
print(<strong>f</strong>"整个文件夹中所有文件总共有 {total_lines} 行代码。")

<em># --------------2. 统计 GlobalV 和 GlobalC 出现的次数--------------</em>
<em># 调用函数,输出文件夹树和统计 GlobalV 和 GlobalC 的出现次数</em>
print_folder_tree_with_counts(folder_path)

<em># --------------3. 出文件夹内行数大于 500 行的文件及其行数--------------</em>
<strong>def</strong> count_lines(file_path):
    """
    统计一个文件的行数
    
    :param file_path: 文件路径
    :return: 文件的行数
    """
    <strong>try</strong>:
        <strong>with</strong> open(file_path, 'r', encoding='utf-8', errors='ignore') <strong>as</strong> file:
            lines = file.readlines()
            <strong>return</strong> len(lines)
    <strong>except</strong> FileNotFoundError:
        print(<strong>f</strong>"File not found: {file_path}")
        <strong>return</strong> 0
    <strong>except</strong> Exception <strong>as</strong> e:
        print(<strong>f</strong>"An error occurred: {e}")
        <strong>return</strong> 0

<strong>def</strong> count_lines_in_folder(folder_path):
    """
    统计一个文件夹内行数大于 500 行的文件
    
    :param folder_path: 文件夹路径
    :return: 文件路径及其行数的字典
    """
    files_over_500_lines = {}

    <strong>for</strong> root, dirs, files <strong>in</strong> os.walk(folder_path):
        <strong>for</strong> file <strong>in</strong> files:
            <em># 构建文件的完整路径</em>
            file_path = os.path.join(root, file)

            <em># 跳过非文本文件</em>
            <strong>if</strong> not file_path.endswith(('.txt', '.py', '.java', '.cpp', '.c', '.html', '.css', '.js')):
                <strong>continue</strong>

            <em># 调用 count_lines 函数,统计文件的行数</em>
            lines_count = count_lines(file_path)

            <em># 检查行数是否大于 500</em>
            <strong>if</strong> lines_count > 500:
                files_over_500_lines[file_path] = lines_count
    
    <strong>return</strong> files_over_500_lines

<em># 输入文件夹路径</em>
folder_path = "./abacus-develop/source"

<em># 调用函数,获取文件夹内行数大于 500 行的文件</em>
files_over_500_lines = count_lines_in_folder(folder_path)

<em># 出文件夹内行数大于 500 行的文件及其行数</em>
<strong>if</strong> files_over_500_lines:
    print("行数大于 500 行的文件:")
    <strong>for</strong> file_path, lines_count <strong>in</strong> files_over_500_lines.items():
        print(<strong>f</strong>"{file_path}: {lines_count} 行")
<strong>else</strong>:
    print("文件夹内没有行数大于 500 行的文件。")

<strong>import</strong> subprocess

<strong>def</strong> get_git_info(folder_path):
    <strong>try</strong>:
        <em># 获取最新提交的版本号</em>
        commit_version = subprocess.check_output(['git', 'rev-parse', 'HEAD'], cwd=folder_path, text=<strong>True</strong>).strip()

        <em># 获取最新提交的时间</em>
        commit_time = subprocess.check_output(['git', 'show', '-s', '--format=%ci', 'HEAD'], cwd=folder_path, text=<strong>True</strong>).strip()

        <em># 获取最近一次标签的名称</em>
        latest_tag = subprocess.check_output(['git', 'describe', '--tags', '--abbrev=0'], cwd=folder_path, text=<strong>True</strong>).strip()

        <strong>return</strong> commit_version, commit_time, latest_tag
    <strong>except</strong> subprocess.CalledProcessError <strong>as</strong> e:
        print(<strong>f</strong>"Error: {e}")
        <strong>return</strong> <strong>None</strong>, <strong>None</strong>, <strong>None</strong>

<strong>from</strong> datetime <strong>import</strong> datetime
<strong>import</strong> pytz

<em># 设置时区为东八区(北京时间)</em>
beijing_timezone = pytz.timezone('Asia/Shanghai')

<em># 获取当前时间,并设置时区为北京时间</em>
current_datetime_utc = datetime.utcnow()
current_datetime_beijing = current_datetime_utc.replace(tzinfo=pytz.utc).astimezone(beijing_timezone)

<em># 格式化输出</em>
formatted_datetime_beijing = current_datetime_beijing.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")

print("东八区时间(北京时间):", formatted_datetime_beijing)

<em># 指定要检查的文件夹路径</em>
folder_path = './abacus-develop'

<em># 获取Git信息</em>
commit_version, commit_time, latest_tag = get_git_info(folder_path)

<strong>if</strong> commit_version:
    print(<strong>f</strong>"The latest commit version in the repository is: {commit_version}")
    print(<strong>f</strong>"The commit time is: {commit_time}")
    print(<strong>f</strong>"The latest tag is: {latest_tag}")
<strong>else</strong>:
    print("Failed to retrieve Git information.")

三、检测结果

整个文件夹中所有文件总共有 324219 行代码。
|-- source
    GlobalV 出现了 7972 次
    GlobalC 出现了 3504 次
    |-- module_relax
        GlobalV 出现了 289 次
        GlobalC 出现了 207 次
        |-- relax_old
            GlobalV 出现了 244 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 130 次
                GlobalC 出现了 0 次
        |-- relax_new
            GlobalV 出现了 19 次
            GlobalC 出现了 200 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 3 次
                GlobalC 出现了 117 次
                |-- support
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_io
        GlobalV 出现了 2022 次
        GlobalC 出现了 501 次
        |-- test
            GlobalV 出现了 262 次
            GlobalC 出现了 28 次
            |-- support
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
        |-- test_serial
            GlobalV 出现了 20 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- support
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_basis
        GlobalV 出现了 101 次
        GlobalC 出现了 7 次
        |-- module_pw
            GlobalV 出现了 3 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 3 次
                GlobalC 出现了 0 次
            |-- test_serial
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
            |-- kernels
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
                |-- test
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- rocm
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- cuda
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
        |-- module_ao
            GlobalV 出现了 72 次
            GlobalC 出现了 7 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 23 次
                GlobalC 出现了 0 次
                |-- GaAs
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- orb_obj
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- lcao_H2O
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
            |-- 1_Documents
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
                |-- doxygen
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- sphinx
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                    |-- source
                        GlobalV 出现了 0 次
                        GlobalC 出现了 0 次
        |-- module_nao
            GlobalV 出现了 26 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 17 次
                GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_hamilt_pw
        GlobalV 出现了 704 次
        GlobalC 出现了 620 次
        |-- hamilt_pwdft
            GlobalV 出现了 492 次
            GlobalC 出现了 527 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
            |-- kernels
                GlobalV 出现了 6 次
                GlobalC 出现了 36 次
                |-- test
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- rocm
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
                |-- cuda
                    GlobalV 出现了 0 次
                    GlobalC 出现了 0 次
            |-- operator_pw
                GlobalV 出现了 1 次
                GlobalC 出现了 1 次
        |-- hamilt_stodft
            GlobalV 出现了 124 次
            GlobalC 出现了 93 次
        |-- hamilt_ofdft
            GlobalV 出现了 88 次
            GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_md
        GlobalV 出现了 57 次
        GlobalC 出现了 0 次
        |-- test
            GlobalV 出现了 50 次
            GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_psi
        GlobalV 出现了 150 次
        GlobalC 出现了 24 次
        |-- test
            GlobalV 出现了 48 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- support
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
        |-- kernels
            GlobalV 出现了 1 次
            GlobalC 出现了 0 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
            |-- rocm
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
            |-- cuda
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_ri
        GlobalV 出现了 167 次
        GlobalC 出现了 121 次
        |-- test
            GlobalV 出现了 0 次
            GlobalC 出现了 0 次
        |-- test_code
            GlobalV 出现了 0 次
            GlobalC 出现了 0 次
    |-- module_elecstate
        GlobalV 出现了 896 次
        GlobalC 出现了 88 次
        |-- module_dm
            GlobalV 出现了 2 次
            GlobalC 出现了 1 次
            |-- test
                GlobalV 出现了 0 次
                GlobalC 出现了 1 次
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./abacus-develop/source/module_esolver/esolver_sdft_pw_tool.cpp: 1332 行
./abacus-develop/source/module_esolver/esolver_of.cpp: 1380 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_tddft/propagator.cpp: 616 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_deepks/LCAO_deepks_pdm.cpp: 824 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_deepks/LCAO_deepks_torch.cpp: 769 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_deepks/test/klist_1.cpp: 604 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/FORCE_k.cpp: 1248 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/wavefunc_in_pw.cpp: 695 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/LCAO_matrix.cpp: 1003 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/LCAO_gen_fixedH.cpp: 1096 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/LCAO_nnr.cpp: 539 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/FORCE_STRESS.cpp: 889 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/LCAO_hamilt.cpp: 930 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/hamilt_lcaodft/operator_lcao/deepks_lcao.cpp: 507 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_gint/gint.cpp: 585 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_gint/gint_k_pvpr.cpp: 702 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_gint/gint_k_sparse1.cpp: 529 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_gint/gint_tools.cpp: 1376 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_gint/grid_technique.cpp: 529 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/hcontainer.cpp: 728 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/transfer.cpp: 671 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/func_transfer.cpp: 663 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/atom_pair.cpp: 737 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/test/test_hcontainer_complex.cpp: 577 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_hcontainer/test/test_hcontainer.cpp: 674 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_lcao/module_deltaspin/spin_constrain.cpp: 547 行
./abacus-develop/source/module_hsolver/diago_david.cpp: 1080 行
./abacus-develop/source/module_hsolver/diago_cg.cpp: 641 行
./abacus-develop/source/module_hsolver/kernels/test/math_kernel_test.cpp: 736 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_vdw/vdwd3.cpp: 1435 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_vdw/vdwd3_parameters_tab.cpp: 33131 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_vdw/test/vdw_test.cpp: 610 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_xc/xc_functional_gradcorr.cpp: 725 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_xc/xc_functional_vxc.cpp: 776 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_xc/test/test_xc2.cpp: 519 行
./abacus-develop/source/module_hamilt_general/module_xc/test/test_xc.cpp: 922 行
东八区时间(北京时间): 2023-11-20 11:28:29
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