編程漫談（四）：基本功

 

                                                                 ——讀《編程珠璣I》有感：

 

 

       Program.Program better. Program faster.

       要從事軟件開發，首先要學會編程。如何編程呢？如何編寫更高效更優雅的程序呢？《編程珠璣》經過簡單而熟悉的示例，揭示了許多很是有益的編程原理和技巧，極具啓發性。

 

            基本流程：

            問題定義—— 應用框架與界面設計 —— 選擇合適的數據結構和高效的算法（對象和消息）—— 性能估計 —— 接口聲明 —— 僞代碼 —— 程序驗證—— 編碼 —— 測試與調試 —— [代碼優化]—— 代碼重審和回顧。

 

           問題定義：贏在起點。清晰明確的問題描述和定義幾乎決定成功的一半。做爲問題求解，如何正確地理解問題，從何種視角去思考問題，每每會產生天壤之別的結果；做爲軟件開發，「有所爲而有所不爲」，應看成爲基本準則。誰都指望可以開發出性能強勁的、多能多才的軟件，但並非誰都可以承受這樣的研發成本（時間、資金和人力）。在成本與所能得到的最終產品之間，必須做出合適的權衡和折衷。

          通過良好抽象的問題，更容易獲得可複用的問題解決方案。好比，《編程珠璣I》第12章，取樣問題，從隨機選區列表抽樣，抽象成「從n個整數中隨機抽取m個有序整數」的問題；這樣，問題的解決方案還能夠用於其它領域的抽樣問題。

 

        應用框架和界面設計：   在明確問題的求解目標以後， 就要思考如何求解問題了。  一般會有一個初步的思想，而後逐漸造成整個比較成熟的方案和應用框架。 與此同時， 定義良好的界面設計也是很是關鍵的。 在界面之上， 是依靠界面服務的應用程序的實現； 在界面之下， 是用來提供界面服務的數據結構與算法的實現。 

 

           數據結構與算法：掌握一門語言，就能夠開始編寫程序；而數據結構和算法，則能夠幫助寫出更爲強大的程序。 粗淺地將《編程珠璣》閱讀了一遍，發現：計算機程序的根本仍然是： 數據結構 +算法。數據結構和算法一般仍是估算和提升系統指望性能的關鍵環節。

        對象和消息， 其實是數據結構與算法的封裝。 在面向對象程序中， 每個類都是一些綁定在一塊兒的「小數據結構」和「小算法」的攜帶者， 經過接口提供本身的服務；每個對象都是狀態攜帶者， 經過狀態的變化來表徵系統的變化，從而實現系統的特徵和功能。

        數據結構有着很是重要的做用。有時候，複雜的邏輯，只要藉助必定的數據視圖，就能獲得很大的簡化，好比日期計算。《編程珠璣I》中談到的重要數據工具備：超文本、值-對、字典、數據庫、表格、模板等。

 

       性能估計：一般，經過算法的大O分析來粗略瞭解系統可能達到的性能；另外，必定的粗略估算能力也是很是必要的（見編程珠璣第七章）：常識、關鍵參數、經驗法則、量綱檢驗、安全係數。

 

         接口聲明：涉及到系統的設計。系統由哪些數據結構（或對象）組成，它們如何進行交互（函數，消息）以完成系統的功能； 仔細定義每個接口的聲明（功能描述、參數列表、返回值、前置條件、後置條件），並使之良好地協做。

 

          僞代碼：不要急於編程。使用僞代碼來表達思路，勾勒程序的大體框架。這經常也會讓思路更明晰：由於在這個過程當中，一般能夠發現系統有哪些子功能要實現，有利於模塊化。

 

          程序驗證：你能保證本身編寫的程序在任什麼時候候都正確嗎？仍是僅在你視線所及的範圍內正確？你指望寫出的程序僅僅是看上去正確嗎？固然，咱們都但願可以早早完工，但是，急不得，懶不得。學習必定的程序驗證技術，也是有益無害的事情。雖然起初可能麻煩一點，但一段時間習慣以後，就不會以爲怎麼樣了。萬事開頭難，過了檻就行了。

         程序驗證的經常使用方法：循環不變式和斷言。這其實是根據三種控制流來確立的技術。

 

          編碼：終於能夠編寫程序了。恐怕通過上述折騰，編寫程序的興致早就減得不剩多少了。但是，一切，都是爲了編碼更加順利，更加有創造性。總不指望發現，編碼就是在Ctrl+C/V；當編碼到必定程度時，忽然卡了殼；忽然發現思路有問題；忽然發現性能沒法知足所指望的；忽然發現，以前的努力都白費了？

           不少人抱怨工做中的編碼沒有創造性可言，但是，有沒有想過，你不去思考如何更有創造力的寫程序，難道指望創造性自動跑到你面前嗎？你不去努力使用算法、數據結構，難道它會自動跑到你跟前要求你去使用嗎？你不去主動思考、勤於發現，難道你就期望奇蹟自動降臨於身？

          編碼時，盡力遵循良好的代碼規範，使之可讀性良好，爲後面的代碼重審和回顧打下良好的鋪墊。

 

          測試和調試：如何獲得一段值得信賴的、能夠放心複用的程序呢？苛刻的、完全的測試。不要怕麻煩。凡事習慣就行了。編寫自動化測試；掌握使用斷言來進行調試。

        程序測試一般能夠分爲兩種： 自動化測試和手工測試。對於小數據集，0-10，能夠構建自動化測試；另外，還要構建手工測試，使得可以對特殊情形進行測試。

 

          代碼優化： 代碼優化一般意味着性能的小幅提高。一般是應用緩存原理，這須要對計算機組成和操做系統有深刻的理解。代碼優化一般意味着程序可靠性、可讀性和可維護性的下降，程序複雜度的增長；所以要慎重進行。

 

          代碼重審和回顧：沒有總結就沒有進步；「寫了代碼就丟棄」也不能指望有進步。經過代碼重審和回顧，進一步改進代碼的質量：可用性、可讀性、可擴展性、可移植性、安全性、可靠性。

 

           其它：

 

           大數據集處理問題：初學者可能一般會考慮 1– 100 以內的小數據集處理；但進入到軟件開發領域，大數據集處理，海量數據處理，就成了一個必須考慮的問題。對於排序問題來講，當n < 50 ，或許採用插入排序就能夠了；但當n等於幾百萬，幾千萬時，就不能採用插入排序了。這說明：小數據集的處理方案和大數據集的處理方案每每會是迥然不一樣的。

 

            實用程序和工具箱：卓越的工匠都會備用本身喜好的工具箱。程序員也不例外。初學者可能主要在於編程練習；但進入必定階段以後，就必須考慮編寫實用性強的工具和程序，而不是總停留在玩具程序的級別上。

            標準庫；實用程序；熟悉的IDE；開源小工具；經常使用數據結構；算法技術；正則表達式；數據庫使用；編程技術；編程技巧；設計思路；問題求解方案；錯誤錄；等等。

 

            自動化重複工做：時常注意平常生活中是否有可以自動化的重複性工做，並經過編寫實用程序和工具去簡化它。若是當時由於時間來不及，那麼，事後也應當盡力補上。

 

            習慣的變革：人天性一般都是「能躺着就不站着」的，所以，培養了不少很差的習慣。程序員呢，一般指望可以快速編寫出知足功能的程序，而後運行察看是否如預期，接着便丟到一邊再也不理會了。什麼問題分析、僞代碼？什麼程序驗證、測試？什麼代碼重審和回顧？都扔到一邊去。結果是，你逃掉了一分鐘的測試時間，卻用了將近一小時調試時間來補償。划得來嗎？

          其實，培養好的習慣，是一種一本萬利的投資。只要最初一兩個月堅持住，習慣成天然；以後，你便只是盡享好習慣帶來的益處了。

 

           從編程到軟件開發

            從某種意義上來講，在懂得《數據結構、算法技術、操做系統、組成原理》這些專業知識以後，再加上「勤于思考，善於追根究底」的探索精神，以及大量的編程實踐，就能夠逐漸掌握編程的基本原理和能力。

           在學會編程以後，就能夠閱讀關於軟件架構的書籍了，理解軟件是如何構建起來的。數據庫，計算機網絡等等，實際上也是經過「編程原理+軟件架構」的產物，只是它們能夠被用來做爲更大系統的組件。