Искусство программирования для Unix

Реймонд Эрик Стивен

Программная система прозрачна, если при ее минимальном изучении можно немедленно понять, что она делает и каким образом. Программа воспринимаема, когда она имеет средства для мониторинга и отображения внутреннего состояния, так что программа не только работает хорошо, но и позволяет понять признаки правильной работы.

Проектирование с учетом данных характеристик имеет ряд последствий на всем протяжении проекта. Как минимум, это означает, что отладочные возможности не должны запаздывать. Скорее они должны быть спроектированы с самого начала — с той точки зрения,

что программа должна быть способна как продемонстрировать собственную корректность, так и передать будущим разработчикам ментальную модель решаемой программой проблемы, разработанную создателем программы.

Для того чтобы программа могла продемонстрировать свою корректность, в ней должны использоваться достаточно простые форматы входных и выходных данных, с тем чтобы можно было легко проверить соответствующую связь между допустимым вводом и корректным выводом.

Цель разработки с учетом прозрачности и воспринимаемости также должна поддерживать простые интерфейсы, которыми могут легко манипулировать другие программы, в особенности средства тестирования и мониторинга, а также отладочные сценарии.

1.6.8. Правило устойчивости: устойчивость — следствие прозрачности и простоты

Программное обеспечение называют устойчивым, когда оно выполняет свои функции в неожиданных условиях, которые выходят за рамки предположений разработчика, столь же хорошо, как и в нормальных условиях.

Большинство программ "являются хрупкими и переполненными ошибками, поскольку для человеческого мозга слишком сложно сразу понять всю программу целиком. Если нет возможности сделать корректный вывод о внутреннем устройстве программы, то нельзя быть уверенным в ее корректности, и ее невозможно исправить в случае поломки.

Следовательно, способ создания устойчивого программного обеспечения заключается в организации такого внутреннего устройства программ, которое было бы простым для понимания человеком. Существует два основных способа достижения этой цели: прозрачность и простота.

Для достижения устойчивости очень важным является проектирование, допускающее необычный или крайне объемный ввод. Этому способствует правило композиции; ввод, сгенерированный другими программами, известный для программ нагрузочных испытаний (например, оригинальный Unix-компилятор С по имеющимся сообщениям нуждался в небольшом обновлении, для того чтобы хорошо обрабатывать вывод утилиты Yacc). Используемые формы часто кажутся бесполезными для людей. Например, допускаются пустые списки, строки и т.д. даже в тех местах, где человек редко или никогда не вводит пустую строку. Это предотвращает особые ситуации при механическом генерировании ввода.

Генри Спенсер.

Один весьма важный тактический прием для достижения устойчивости при работе с необычным вводом заключается в том, чтобы избегать частных случаев в коде. Часто ошибки скрываются в коде для обработки частных случаев, а также возникают в процессе взаимодействия частей кода, предназначенных для обработки различных частных случаев.

Как отмечалось выше, программа является прозрачной в том случае, если при ее минимальном изучении немедленно становится ясно, что происходит. Программа является простой, если происходящее в ней не представляется сложным для восприятия человеком. Чем сильнее эти свойства проявляются в разрабатываемых программах, тем устойчивее они будут.

Модульность (простые блоки, ясные интерфейсы)

является способом организации программ, позволяющим сделать их проще. Существуют и другие способы достижения простоты. Ниже описывается один из них.

1.6.9. Правило представления: знания следует оставлять в данных, чтобы логика программы могла быть примитивной и устойчивой

Даже простейшую процедурную логику трудно проверить, однако весьма сложные структуры данных являются довольно простыми для моделирования и анализа. Для того чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить выразительную и дидактическую силу диаграммы, например, дерева указателей, имеющего 50 узлов с блок- схемой программы, состоящей из 50 строк кода. Или сравнить инициализатор массива, выражающий таблицу преобразования, с эквивалентным оператором выбора. Различие в прозрачности и ясности поразительно. См. правило 5 Роба Пайка.

Данные более "податливы", чем программная логика. Это означает, что если можно выбирать между сложностью структуры данных и сложностью кода, следует выбирать первое. Более того, развивая проект, следует активно искать пути перераспределения сложности из кода в данные.

Первые оценки этого факта не связаны с Unix-сообществом, но множество примеров Unix-кода отражают его влияние. В частности, средство языка С, манипулирующее указателями, способствовало использованию динамически модифицируемых ссылочных структур на всех уровнях кода, начиная с ядра. Простое отслеживание указателей в таких структурах часто выполняет такие задачи, которые в других языках потребовали бы внедрения более сложных процедур.

Данные методики также описываются в главе 9.

1.6.10. Правило наименьшей неожиданности: при проектировании интерфейсов всегда следует использовать наименее неожиданные элементы

Данное правило также широко известно под названием "Принцип наименьшего удивления" (Principle of Least Astonishment).

Простейшими в использовании являются программы, требующие наименьшего обучения пользователя, или, иными словами, простейшими в использовании программами являются программы, которые наиболее действенно ассоциируются с уже имеющимися у пользователя знаниями.

Таким образом, в дизайне интерфейса следует избегать беспричинной новизны и излишней "заумности". В программе-калькуляторе знак "+" всегда должен означать операцию сложения. Разрабатывая интерфейс, его следует моделировать с интерфейсов функционально подобных или аналогичных программ, с которыми пользователи вероятнее всего знакомы.

Необходимо учитывать характер предполагаемой аудитории. С программой могут работать конечные пользователи, другие программисты или системные администраторы.

Необходимо уделять внимание традиции. В мире Unix имеются довольно хорошо проработанные соглашения о таких элементах, как формат конфигурационных файлов, ключи командной строки и другие. Для существования этих традиций имеется весомая причина: они позволяют смягчить кривую освоения. Учитесь и используйте их.

Многие из этих традиций рассматриваются в главах 5 и 10.

Правило наименьшей неожиданности имеет оборотную сторону. Следует избегать выполнения внешне похожих вещей, слегка отличающихся в действительности. Это крайне опасно, поскольку кажущаяся привычность порождает ложные ожидания. Часто бывает лучше делать заметно отличающиеся вещи, чем делать их почти одинаковыми.

Генри Спенсер.