软件开发的一些"心法"

从事软件开发也有好几年了,和一开始那个懵懵懂懂的小菜鸟相比,自己也感觉到了一些变化. 也许是熟能生巧,
趟过很多坑,但核心的绝不是这些细节的东西. 打个比方,如果说对某种语言的特性和技巧的掌握属于身法,
那么对应核心的东西,就叫心法. 没有身法,心法难以实战;但是没有心法,身法再炫也不过是无谓的杂耍而已.
今天,就来讲讲多年浸淫软件开发所感悟的一些"心法".

三部曲

软件开发,无论是用什么语言,在什么操作系统,都有其本身不变的东西,称之为编程思想.对我而言,
我所遵循的开发思想其实很简单,却都是血泪的经验所汇结而成. 我将其总结为三点:

1. Make it work, 2) Make it clean, 3) Make it fast. 排序分先后,而且缺一不可.

Make it work (使其可用)

这个规则似乎是显而易见的, 软件开发的目的就是为了解决实际问题. 但是,忘记这个规则的
程序员,也不在少数. 君不见,每次上技术论坛,都有人在问:"我是新手,应该学哪门语言?",
或者讨论"XXX语言怎么臃肿复杂难用","XXX语言怎么语法奇异古怪",等等.

说真的,这些事情重要吗? 我学的第一门编程语言是Verilog,之后转到SystemC做系统仿真,后来顺其自然地学习了C++,
之后才完全转到软件行业. 说这个想说明, 对于新手而言,第一门学习的语言并不重要, 它的作用是让你了解人与机器的交互接口,
也就是条件,循环,函数等基本概念. 再者,学习某一门编程语言,最好的办法就是那句至理名言:JUST DO IT,
纠结于语言,平台,难度这些东西反而是本末倒置, 编程首先要明确的事情是你想做什么.比如想做嵌入式,硬件相关,那C/C++是首选;
想做手机app, 当然是Java(Android)或Objective C;想做些数据处理,或者小工具简化日常工作,那我会推荐Python;
想做网页,除了JavaScript还有其他选择吗?因此, 忘记网上那些讨论吧. 语言圣战,也许只有新手才会热衷于此.
听闻使用不同开发语言的人会互相鄙视,比如C++鄙视JAVA, JAVA鄙视Python, Python鄙视JS, 等等, 这让我深感无聊且幼稚.

对于有经验的软件开发人员,太执着于开发语言更是不必要. 既然是有经验,那至少是对各种类型的语言都有所了解,
比如强类型的C/JAVA, 动态类型的Python以及某种函数式语言如Scala或Haskell等. 多种语言之间虽然语法稍微有所不同,
但大体上都能在上述类型中找到很多相似的地方,也就是说,只要稍微花一两周学习语法,应该要能很快投入到团队项目中.
当然对于特别复杂的语言(如C++),多花点时间了解语言特性也是必要的.

总而言之,好的软件工程师,应该要有举一反三,快速学习的能力. 最为重要的,不要忘记自己出手的目的,
那就是Make it work, 客户端应用也好, 服务端组建也罢, 都是为了实现其功能, 对其他服务或者人进行有效而正确的交付.
在这个阶段, 除了功能无需考虑太多其他事情, 不忘初心, 才能免于掉入效率的陷进之中.

Make it clean (使其整洁)

代码整洁,是每个软件工程师都或多或少听说过的概念. 但是这个概念又不像第一点那样显而易见.
因为我们即使不管代码整洁与否,程序都能实现最初的功能,交付给老板他也很是高兴. 相反,
如果多花时间在代码的整洁性上,那必然会延时交付,从而会使得老板不高兴.因此, 这一条也是
三部曲中分歧最大的.

当然了,对于软件工程师而言,在时间足够的情况下,几乎不会有人反对代码整洁. 但现实是项目的时间
往往紧迫,而且改善代码质量在短期内也看不出有什么收获. 可是如果不注重,等到项目规模扩大之后,
开发者就会陷入代码耦合,结构混乱,难以拓展和难以维护的屎坑之中.

关于代码整洁,细说起来也是内容庞杂. 在这里可以推荐三本书:

• <<代码整洁之道>>
• <<重构:改善既有代码的设计>>
• <<设计模式:可复用面向对象软件的基础>>

在软件功能开发结束之后,我们可以优化现有的代码,将其中的模块和逻辑重新整理,使得整体结构清晰明朗,
一些有用的模块,可以独立出来,可以复用到以后的项目之中,以减少重复造轮子的时间.

值得一提的是, 代码整洁往往离不开重构, 而重构又离不开单元测试. 因为只有单元测试有足够的覆盖率,
你才能在改善代码的时候保证不影响现有的功能. 不论是对现有代码的重构, 还是保证新代码的一致性(coding style),
都需要额外花费时间, 但最后你会发现所付出的小部分时间, 会在将来以10x的效率提升而返还.

Make it fast (使其高效)

没人喜欢慢吞吞的代码. 对于面向用户的服务更是如此. 如果每次打开一个APP或者渲染一个页面,都需要5,6秒的时间,
那很可能这个用户就流失掉了. 除去I/O的原因, 程序运行的效率也是一个重要的考量因素.

影响程序运行速度的原因有很多,比如算法的复杂度,内存分配/拷贝的频率,以及系统上下文切换等.
很多时候我们也不能想当然地就进行优化. 正确的做法是通过profiler来进行分析. 现代的集成开发环境(IDE),
应该都会提供对应的profiler. 以Linux的c/c++程序为例, 我们就可以用gprof对应用程序进行分析.
其提供了每个函数的运行时间(百分比)/累计运行时间,调用次数等有用的信息,帮助我们查找程序热点,
从而改善程序的执行效率. 毕竟,根据二八定律,程序运行所消耗80%的时间,大都产生于20%的代码之中.

改善效率,有可能是减少某个具体算法函数的时间复杂度(比如替换random函数),有可能是用引用取代复制减少内存拷贝,
也有可能是增加缓存减少网络/磁盘的IO频率. 具体的方法取决与程序的热点所在. 一些看起来似乎有用的做法,
比如循环展开,函数inline以期减少堆栈开销等, 简直是大腿上把脉——瞎搞.

乱序陷阱

上面讲了软件开发过程中的三部曲,但是有一点非常重要,即三部曲的顺序是严格从上倒下的. 而其中一些乱序错误,
也成为了如今常见的开发阻碍:

提前优化

如果开发时第一步考虑的不是使其可用,而是使其高效,那么很有可能就掉进了提前优化的陷阱. 相信大家对
"提前优化是万恶之源"这句话也不会陌生. 如果开发者在八字还没一瞥的时候就说, 我要弄三级缓存减少数据库访问,
或者我要整合xxx-kqueue支持C1000K的高并发, 那么这个项目可能就危险了. 且不说优化是否能成功地work around,
即便这个针对性的优化达到其性能要求,也未必是最终应用的热点所在. 花了大把时间, 最后可能缓存命中率极低,
或实际最高并发数还不到500, 那这些功夫就有点得不偿失了. 再者,提前的优化为初期开发套上了枷锁,
从某种程度上说,也降低了项目的开发效率.

滥用"设计模式"

上面第二点代码整洁中提到了,软件开发,特别是面向对象的软件开发,其好处在于可以切分模块边界,使得代码可以复用.
但是我却不提倡对此过于执着. 首先想代码能够重用, 就必须给模块提供对应的灵活性, 也就是说单一模块的功能应该尽量
简单且通用. 事实上功能越具体的模块就越难以重用, 只有一些抽象的功能才值得花功夫去提炼.

设计模式, 通常指的是GoF的23中面向对象的设计模式. 有的程序员看过此书后,就急着上手应用,每次项目刚开始,就考虑
要用哪几个模式,这来个Factory,那来个Delegate. 这其实有点本末倒置,无异于拿着锤子找钉子. 设计模式的初衷是
改善代码结构,减少耦合提高扩展性. 这只在项目到了一定规模才会有实际好处, 如果只是中小型项目, 增加的这些间接层,
很有可能反而提高了复杂性,纯属画蛇添足.当然, 如果你是个非常有经验的程序员, 对于这些模式的best practice了然于胸,
在某些情况下一开始就采用某种结构也无不可, 但我还是建议对其采用保守态度, 毕竟'Simple is better than complex'.
设计模式最好还是在重构的阶段再按情况决定是否采用为好.

除了重构,代码整洁的一个重要方面是编码规范,这倒是要在项目开始前制定好的,比如变量命名,大括号换不换行,
用空格还是TAB缩进,每个公司或者小组都应该有固定的规章,这样可以免去为这些细枝末节的事情操心,从而专心投入功能开发之中.

总结

综上所述,一个高效的软件开发过程应该是这样的:

1. 明确开发需求.
2. 针对需求切分不同功能模块.
3. 针对每个模块编写代码/单元测试.
4. 对每个模块进行结构整理(即重构).
5. 对每个模块进行性能优化(可选).
6. 整合所有模块,如果需要可以再次进行重构,提炼公共部分.
7. 最终测试/交付.

最后,这只是笔者的一家之言,对于本人来说确实可以显著提高开发效率, 但每个人的经验和习惯可能并不相同,
也许细节上也会有所不同, 但即便道路不同,我们想要"做出点东西"的心情也都是一样的. 所以需要做的则是摒弃偏见,
兼听并济,取长补短,最终形成属于自己的高效开发模式.

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