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.

In Islington there was a man,
Of whom the world might say,
That still a godly race he ran——
Whene’er he went to pray.

A kind and gentle heart he had,
To comfort friends and foes;
The naked every day he clad——
When he put on his clothes.

And in that town a dog was found,
As many dogs there be,
Both mongrel, puppy, whelp and hound,
And curs of low degree.

This dog and man at first were friends;
But when a pique began,
The dog, to gain some private ends,
Went mad and bit the man.

Around from all the neighbouring streets
The wondering neighbours ran,
And swore the dog had lost his wits,
To bite so good a man.

The wound it seemed both sore and sad
To every Christian eye;
And while they swore the dog was mad,
They swore the man would die.

But soon a wonder came to light,
That showed the rogues they lied,——
The man recovered of the bite,
The dog it was that died.

Oliver Goldsmith
1766

首先，如果时间旅行真的可能，必须使得现在已知的悖论得以解决。为此我将世界假定为当下流行的“平行世界模型”，即每一个时刻的世界 都是平行发生的，当我碰到红灯时，有两种选择，一是继续前进，二是等待绿灯；继续前进的我是一个世界的我，姑且称之为世界1；等待绿 灯的我是另一个世界的我，称之为世界2；；两个世界各自平行地向前生长。在世界1里，也许我被车撞倒，进了医院；在世界2里，我通过马路， 正常打卡上班。这只是一种简单假设，实际上由于万物可以无限细分，选择也可以在无限的时间细分，大千世界里又有大千世界，毫不含糊。

为了使问题简单，首先做一点简化。假设W为某一时刻的世界，并且在此时刻之后仅有两种发展的可能，即世界W1和W2，而后者也分别有两种 后续发展W11、W12、W21、W22。假设我们现在所在的世界为W22，并且打算穿越到W以改变当下的境遇（即逆转未来），那么过程应该如何呢？ 穿越的方式有两种，一种为肉体穿越，即整个人连同内衣裤都转移到从前；另一种为意志穿越，或者说精神穿越，即尽有类似于灵魂的东西出 现在过去来改变世界运转。肉体穿越不大现实，所以暂且假定为意志穿越，即我现在的意志像灵魂出窍一样回到过去，并且附身于从前（W）的 自己，W的我的灵魂则压入堆栈，暂时失去身体的控制权，由此我就能开始改变世界啦！改变之后，W的灵魂W22出栈，回到W22中，享受修改了的世界。

就这么简单了？刚刚说到世界像分叉一样向前生长，改变了的W是否还会生长到W2进而到我原来意识中的一模一样的W22呢？也许不会，但是 如果没有在穿越的时候大搞破坏的话，应该大同小异。也许回到W22之后会发现有些事变了，生命中会莫名其妙地少了几个人或者多了几个人。 X战警中就是这样的设定，但这是有问题的。原W22的金刚狼灵魂出窍修改了W再回到W22，但回去的W22（暂且成为W22B）已经不是原来的W22（称为W22A）了， W22A的金刚狼的灵魂强占了W22B的金刚狼的灵魂，那么W22B的金刚狼的灵魂则在那一刻之后永远沉入栈底，这是多么可悲的啊，按照这种理论，还会发现他 在一夜之间性情大变，不觉得奇怪吗？

因此按照平行世界的理论，虽然穿越到过去可以实现，但是也无法改变现在。假设灵魂可以出窍，那么之后他将看到无数可选的世界（处于不同的时间）， 改变过去之后会出现一个更好的现在，但是已经有原生的灵魂居住了。事实上根本不用去修改过去，就会有一个和现在类似的但是更美好的世界，与我所 来的世界平行前进，但是幸福是我的，幸福也不是我的。这也解释了我心里的一个疑惑，即为什么未来的我不穿越回来把福利彩票的中奖号透露给我， 因为一则我是如此之多，他根本就无法选择，二则即便透露了，快乐也是我的，他什么也没有。

即便这些方式能解释穿越之后引致的矛盾，此外也还有更加严峻的问题，比如在W22时间结点之后，人类掌握的时间旅行的技术，那么从这一时刻开始， 各种不安分的灵魂就会到处乱窜，从前朴素的灵魂就会不断被压入堆栈，这点又怎么解决呢？反证而言，甚至可能灵魂根本就无法进入过去的人的身体， 无法左右过去的世界，只能在一片苍茫中无形地飘荡。结果是所谓的穿越时间，最终还是沦为一场4D的iMaX原始纪录片观影旅行。

If you can dream—and not make dreams your master;
If you can think—and not make thoughts your aim;
If you can meet with Triumph and Disaster
And treat those two impostors just the same;
If you can bear to hear the truth you’ve spoken
Twisted by knaves to make a trap for fools,
Or watch the things you gave your life to, broken,
And stoop and build ’em up with worn-out tools:

If you can make one heap of all your winnings
And risk it on one turn of pitch-and-toss,
And lose, and start again at your beginnings
And never breathe a word about your loss;
If you can force your heart and nerve and sinew
To serve your turn long after they are gone,
And so hold on when there is nothing in you
Except the Will which says to them: “Hold on!”

If you can talk with crowds and keep your virtue,
Or walk with Kings—nor lose the common touch,
If neither foes nor loving friends can hurt you,
If all men count with you, but none too much;
If you can fill the unforgiving minute
With sixty seconds’ worth of distance run,
Yours is the Earth and everything that’s in it,
And—which is more—you’ll be a Man, my son.