Мысли о программировании

Для чего служит программная инженерия?

Всякий раз, когда мы запутываемся, мы должны оказаться способными увидеть, куда мы идем, чтобы знать, какое действие предпринять. Мы должны знать, чего мы пытаемся достичь.

Мы инженеры-программисты. Почему? Для чего служит программная инженерия? Что делают инженеры-программисты? Мы получаем самые курьезные ответы на этот вопрос. Один чудак сказал: "Они следуют процедурам Стандартов Программной Инженерии!" Другой добавил: "Они переформулируют (transliterate) требования!"

Боже. Мы предполагаем, что инженеры-программисты просто обеспечивают работу программ, которые нужны пользователям на их компьютерах. Это означает, что наши программы должны делать правильные вещи. Они должны быть устойчивыми. Иногда мы должны знать вполне определенно, что они устойчивы (надежны), а иногда нам требуется уметь это доказать. Нам всегда бы понравилось оказаться способными все это делать! Необходимые программы должны работать так же и завтра, что обычно означает, что наши программы сегодня должны быть поддерживаемыми. Мы должны делать нашу работу эффективно по стоимости, иначе не получим шанс написать эти программы вообще. Доставка должна быть вовремя.

Мы используем всю нашу изобретательность и опыт, содержащийся в нашей дисциплине, чтобы добиться этих целей. Все наши технологии, стандарты, инструменты, языки предназначены помочь нам добиться этих целей.

Мы ничего не делаем ради этого.

Программная инженерия - распределенное программирование

Мы распределяем программирование по тем же причинам, по которым распределяем любой вид обработки: пригодность (availability), параллелизм и специализация.

Такой взгляд приносит понимание. Мы должны аккуратно выделить различия между задачами. Иногда мы можем получать преимущества от выполнения двух задач одним человеком, когда нас не должно волновать, что они объединены. Например, во многих организациях принята практика разделения идентификации требований и выбора архитектуры, но когда они переходят на технологию моделирования объектов в стиле Буча, то внимают совету и объединяют эти задачи. Когда мы разделяем навыки разработки и тестирования, мы можем извлечь из этого дополнительные преимущества, контролируя взаимодействие между стадиями таким образом, что мышлению инженера-тестера не угрожает мышление проектировщика. Был менеджер проекта, скорее всего паковщик. Он не имел ясного понимания того, что он делал и почему, а отсутствие какой-нибудь позитивной модели своей работы привело его к мысли, что ключевая цель состоит в предотвращении какого бы то ни было взаимодействия. Тестеры не должны были знать, как установить (создать) условия для компонентов, которые они должны были тестировать, а проектировщикам не дозволялось об этом говорить. Яростные споры продолжались днями. Это реально произошло тогда, когда мы потеряли ощущение большой картины.

Мы должны удостовериться, что взаимодействие между распределенными задачами эффективно, и это означает, что мы должны, помимо соответствия протоколу, держать в голове потребности друг друга. Все, что вам нужно держать в голове для выполнения своей задачи и передачи ее другому, также должны держать в голове ваши коллеги. Ваш результат не поможет никому, если он не говорит о том, что им нужно для выполнения следующего действия. Нам нужно использовать наши собственные способности выполнять работу друг друга, не важно насколько неумело, чтобы контролировать собственную работу.

Наконец, мы должны понять, что в команде все еще существует черный ящик отдельного программиста. Поток информации -- это не линейная последовательность преобразований, как на конвейере автозавода, для проектировщика это скорее расходящийся веер возможностей, сводящийся к единственному решению. Интуиция проектировщика пока еще не распределена. Такое достижение было бы самым значительным результатом искусственного интеллекта (ИИ).

Что такое программирование?

Чтобы понять программную инженерию, мы должны понять программиста. Давайте позволим программисту определять требования (идентичные требованиям пользователя) и исследуем сценарий, который заканчивается созданием наипростейшей возможной программы.

Ада сидит в комнате.
Вечером в комнате становится темно.
Ада включает свет.

Есть желание (в комнате должно быть светло), и есть понимание (что воздействие на выключатель удовлетворит желание).

Динамические предметные области, системы и семантика детально где-то обсуждаются. Но здесь мы концентрируемся на лучшем осознании, что есть желание и что есть понимание.

Здесь стоит отметить, что мы подразумеваем под словом "программист". Робот, пишущий все ту же RPG 3 для распечатки счетов, все еще не делает никакого реального программирования вообще, но менеджер проекта, используя Excel для получения интуитивного понимания того, когда бюджет сократится и в чем главные причины, несомненно занимается реальным программированием.

Программирование - игра картостроителя

Здесь стоит обратить внимание на философский аспект. Для того, чтобы произошло взаимодействие, я должен ссылаться на то, что уже есть в твоей голове. Один из способов, чтобы вещь попала в твою голову, - попасть туда в виде образа чего-то из внешнего мира, а другой - быть частью твоего собственного опыта. Если часть твоего опыта уникальна (например, ассоциация между дымом трубки и вкусом рождественского пудинга, из-за визитов к родным), мы не можем говорить об этом без первоначального определения терминов. Даже после этого у меня нет опыта такой ассоциации, только представление о такой ассоциации. Но если часть твоего опыта разделяется всеми людьми (наша реакция на крик птенца альбатроса [наверное, очень противно кричит - С.К.]), мы можем говорить об ее "объективности", как если бы реакцию на птенца можно было получить с самим птенцом, чтобы взвесить и измерить.

Необходимость ограничится на работе "объективным" языком аргументируют тем, что это ограничение исходит из структуры организации работы [определяемой сводом положений - законами, правилами, инструкциями и т.д. - С.К.]. Это просто глупо. Как работают журналисты, архитекторы (гражданского строительства) или даже судьи? Это область, где менеджеры вынуждены использовать свое понимание для уменьшения риска из-за ошибок.

Мы предполагаем, что реальный вывод отсюда -- это то, что мы еще плохо умеем делать программы. Вероятно, мы никогда не научимся этому -- наши аппетиты будут постоянно расти. Мы ограничены культурой и все больше подвержены влиянию тщательно продуманных объективных метрик, которые обычно используют наши коллеги из физики, а не из информационных дисциплин.

Чтобы достичь чего-либо в программировании, мы должны быть вольны обсуждать и улучшать субъективные факторы, а объективные метрики оставлять для отчетов об ошибках.

Первое, желание. В вышеприведенном примере, Ада, вероятно, не начала с четкого желания увеличить освещенность. Ее среда становилась неоптимальной, вероятно, дискомфортной, и ей пришлось искать точное описание того, что же на самом деле она хочет. Прояснение желания - это обычно опыт, который допускает постепенное уточнение, и выполняется в тандеме с проектированием. Позднее мы более подробно остановимся на "Требованиях Пользователя" -- сейчас же напомним, что уточнение желаний всегда содержит потенциальную возможность отправиться в исследование вместе с пользователем.

Следующее, понимание. Это момент распознавания, когда мы видим, что взаимодействие проблемы и желания может быть удовлетворено определенным использованием семантики. Это как сложение абстрактных векторов в бесконечном пространстве решений. Или иначе говоря, это напоминает собирание мозаики, в которой можно изменять как форму кусочков, так и их расположение. Это сверхинтеллектуальное занятие.

Здесь есть паттерн, который соотносит программирование с любым другим требующим творчества занятием (искусством). У нас есть три явления: Проблема, Семантика и Желание (заглавные буквы напоминают о сущностях Платона). Проблема и Семантика не очень интересны для искусственного интеллекта (ИИ) или изучения сознания человека, а Желание - это вообще что-то странное. Эти три сущности выделены или соединены вместе из-за трех видов деятельности программиста. Взгляд заключается в изучении внутренних свойств Проблемы. Смотреть, чтобы понять значение Желания. Описание выявляет Семантику. Взгляд и Описание зависят от предметной области. Поэт может наблюдать за пассажирами, а эколог образцы популяций. Поэт выстраивает структуру из слов, а эколог описывает тщательно отобранный вид. Взгляд один и тот же у всех. Расскажите любому художнику о хороших моментах своей работы.

Чтобы с этим обращаться, нам нужны все эти прекрасные способности картостроителя.

Программирование - это игра картостроителя.

Общие советы по картостроению

Картостроители с трудом представляют эти культурные соображения, но когда это действительно происходит, то может оказаться забавным. Паковщик давал званый обед и так оказалось, что более половины его гостей были картостроители, работники IT и другие. Хозяин достал стопку теплых тарелок из духовки и стал передавать их парню слева от себя. "Просто раздай их всем вокруг!" - сказал он бодро. И все было хорошо, пока он не передал последнюю тарелку. Затем его лицо выразило растерянность, потом веселье и в отдельный момент даже страх, пока он не догадался крикнуть: "Стоп!"

Или, может быть, он просто повеселился от души.

Картостроители не имеют общего культурного контекста, из которого можно добывать знания, поэтому мы почти все самообученные. Здесь мы собрали некоторые наблюдения, полученные в беседах с картостроителями. Разговаривая с другими картостроителями, мы можем узнать очень многое о картостроении.

Трясти надо

Изменения: последовательные или катастрофические?

Границы

Исследуйте перестановки

Поработайте в обратном направлении

Верчение тарелок

Расслабляйтесь

Рвите порочные круги

Сбрасывай в "файл подкачки"

Упражнение с одеялом

Картостроение и Процесс

Процесс - это не предварительно написанная метапрограмма для изготовления других программ. Хотя наша деятельность должна отображаться на процесс, самого по себе его недостаточно для изготовления программ. Мы думаем в рамках структуры процесса, но всегда должна быть стадия интерпретации определений процесса в свете заданной проблемы. Помните о необходимости интерпретировать определения -- игнорирование этой деятельности просто приведет к выбору произвольной интерпретации. Тогда прекращаются попытки действовать методами, свойственными разработке, скажем, системы торговли фьючерсами, при решении проблем, возникающих при создании, например, системы рендеринга графики. Поэтому ты прекратишь споры о том, как будут удовлетворяться требования к трассировке журналирования транзакций, а вместо этого обеспокоишься дополнительными битами, которые понадобятся для зеркальных отражений!

Ангелы, драконы и философский камень

Бесконечность была горячей темой, и наши предки разбили это понятие на три вида. Концептуальная бесконечность проста -- ты просто говоришь "навсегда" и получаешь ее там, где это нужно. Еще есть потенциальная бесконечность. Ты можешь дать кому-нибудь указание типа "Считай непрерывно". Теоретически, в результате можно получить бесконечную последовательность чисел, но произойдет ли это на самом деле? Можешь ли ты на самом деле сделать так, чтобы перед тобой оказалось бесконечное число вещей, чтобы проделывать с ними удивительные фокусы? Они пришли к выводу, что если бы коллекция из бесконечного числа чего-нибудь, начиная с капусты и кончая королями, существовала на самом деле, то она заняла бы бесконечный объем, поэтому если бы существовала какая-нибудь бесконечная коллекция каких-нибудь вещей любого размера, то нас здесь попросту бы не было. Не было бы ничего, кроме кочанов капусты -- повсюду. Мы здесь, поэтому бесконечной коллекции чего-нибудь любого конечного размера не существует -- нигде. Но по-прежнему остается возможность бесконечной коллекции чего-нибудь бесконечно малого. Если что-то может быть бесконечно малым, то Бог (тот, кого удобно иметь под рукой в мысленных экспериментах, поскольку он способен сделать все, что может быть сделано в этом мире) смог бы заставить танцевать на кончике иглы бесконечное число ангелов.

Наши предки почувствовали, что эта идея смешна, и, таким образом, в этом мире не существует настоящей бесконечности. Сегодня у нас есть две великие физические теории. Одна работает при больших масштабах и использует гладкие кривые для описания пространства. Другая работает в микромире и использует ступеньки (квантование). Нам еще не удалось объединить эти теории вместе, поэтому мы не знаем, использует ли лежащая в основе их обеих более общая теория ступеньки для построения кривых (как фотография в газете), либо она использует кривые для построения ступенек (как ковер на лестнице). Это может быть нечто, что мы еще не можем представить, но если бы пришлось выбирать из этих двух, наши предки выбрали бы ступеньки, из-за ангелов на кончике булавки.

А как насчет драконов? Они ревут и изрыгают пламя. Их шумный полет быстрее ветра. Они добывают из-под земли драгоценные камни. Они живут в Южной Америке, Китае, Уэльсе. Они едят людей. Они червяки, а древний символ для мира -- большой червяк. Они -- это концептуальное ведро, в которое наши предки слили то, что мы называем тектоническими явлениями. У них не было мысли, что мир состоит из твердых плит, плавающих по жидкому ядру, но посредством картостроения они собрали вместе все эффекты, доступные для непосредственных наблюдений. Дракон занимал место реальных вещей в их мысленных картах до тех пор, пока они не открыли реальные явления, приводящие к тем эффектам, которые они обозначали "драконом".

А алхимия? Тщетный поиск процедуры для превращения основных металлов в золото и быстрого обогащения? Алхимический рецепт состоит из выполняемой оператором последовательности операций (которые могут иметь, а могут не иметь физической интерпретации в виде чертежа или описания эксперимента, или могут быть просто мысленным экспериментом). Рецепт заканчивается на том же месте, где и начинался, а по мере исполнения рецепта изменяется восприятие мира оператором. Самосознание оператора становится глубже и лучше, и трансформируется именно он, а не вещи на его столе. Возврат к началу необходим, поскольку только там он может увидеть -- то, что прежде было искажено, теперь стало ясным. Алхимия -- это картостроение.

В величественных соборах Европы много арок, поддерживающих своды. В наше время для выполнения расчетов методом конечных элементов мы наверняка использовали бы симметричный мультипроцессор, но у строителей не было компьютеров и алгоритмов. У них не было ни тех замечательных уравнений, которые у нас есть в механике, ни даже написанного Ньютоном на латыни текста. Большинство из них были неграмотны. Но если вы вычислите оптимальную с точки зрения нагрузок/массы форму арки, то обнаружите, что они ее нашли. Они сделали это с помощью только тех инструментов, которые у них были -- их собственным опытом и способностью получить ощущение чего-либо с помощью нейронной сети, расположенной между ушей.

Убедитесь, что у вас есть реалистичное представление о собственных способностях. Обычно требуется его подкорректировать! Достижение успехов в чем-то требует практики, но учитывая, что вы в любом случае будете выполнять работу, хорошо бы знать, чего можно достичь.

Творческий хак и ответственный инженерный труд ортогональны, а не несовместимы. Мы можем получить удовольствие, развивая наши способности до предела, и продолжать выполнять наши обязательства перед коллегами.

Литературная критика и паттерны проектирования

Чтобы окончательно прояснить эту позицию, рассмотрим язык ассемблера. Код операции (opcode) может выполнять большинство специфических установок выходов процессора по заданным входным значениям, но мы рассматриваем код операции посредством его мнемоники, например DAA (Десятичная Коррекция Аккумулятора -- Decimal Adjust Accumulator). Даже когда есть взаимное соответствие между кодом операции и мнемоникой, более высокий уровень абстракции мнемоники может скрывать действие кода операции на аккумулятор, который просто преобразует биты в соответствии с алгоритмом. Если мы видим возможности обработки, предоставляемые кодом операции, можем ли мы "злоупотреблять" этим? Ответ зависит от обстоятельств.

Всякий раз, когда мы выясняем различие между намерением и действием, у нас есть возможность посмотреть на эффективность действия и задаться вопросом, что мы можем узнать о намерении, или области намерения исходя из структуры выбранного действия. Может быть, другое действие было бы лучше? Выявляют ли проблемы в действии проблемы в намерении? Когда мы проделываем это с книгами, то называем литературной критикой и беремся за дело всерьез. Если мы должны научиться лучше писать программы, то нам необходимо как можно лучше разобраться в некотором роде литературной критике, поскольку это единственный способ, который у нас есть, чтобы осознанно обсудить взаимодействие структуры и детали, которая характеризует стиль. По настоящему хорошо то, что в отличие от литературной критики прозы, литературная критика программ черпает знания из экспериментальных данных, таких как протоколы ошибок. Это увеличивает удовольствие и отсекает болтовню, но оставляет возможность обучения.

Мы можем получить строгую и элегантную дисциплину из различия между намерением и действием. Рассмотрим следующий фрагмент:

//Search the list of available dealers and find those that
// handle the triggering stock. Send them notification of
// the event.

for(DealerIterator DI(DealersOnline); DI.more(); DI++)
  if(DI.CurrentDealer()->InPortfolio(TheEvent.GetStock()))
     DI.CurrentDealer()->HandleEvent(TheEvent);

Если мы перемежаем комментарии и код на этом естественном уровне дробления, мы можем гарантировать, что все строки в программе проинтерпретированы в комментариях. У нас есть стимул проектировать объекты (или функции), которые при таком способе мы можем использовать экономно. Мы находим, что гораздо легче исправить некоторую неэлегантность, чем объяснить ее кому-нибудь.

Осознавая различие между намерением и действием, мы можем сделать их оба одновременно экономными, и удовлетворить цели детального псевдокода проектной документации и комментариев реализации, в то же время способствуя верификации реализации. Размещая все в одном месте, мы содействуем согласованности этих уровней.

Эта концепция развита далее в идее Дональда Кнута (Donald Knuth) о "грамотном программировании" (Literate Programming), которое, чтобы его сделать хорошо, требует средств системной поддержки, типа его Сетевой среды (Web environment) -- прообраза WWW (World Wide Web). Но вам не нужно скупать все гири, чтобы получить удовольствие от спорта. Грамотное программирование -- это скорее отношение (позиция), а не инструмент.

На этом уровне литературной критики мы можем получить серьезные выгоды от изучения паттернов проектирования (design patterns). Это компоненты архитектурной технологии, которая гораздо сложнее, чем обычный поток управления (flow control) с обработкой ошибок и другими типичными идиомами. Они чрезвычайно мощные и платформонезависимые. Почитайте прекрасную книгу Гаммы, Хелма, Джонсона и Влиссидеса (Gamma, Helm, Johnson, Vlissides), в которой они описывают паттерн как нечто, что

"... описывает проблему, которая возникает вновь и вновь в нашей среде, и затем описывает основу решения этой проблемы таким образом, что вы можете использовать это решение миллион раз, не выполняя одни и те же действия дважды."

Тема, которая лежит в основе обсуждаемых в этом разделе предметов -- Эстетическое Качество. Мы все знаем о той беде, когда мы видим свою часто грозящую парализовать неспособность действовать на основании собственных ощущений, поскольку нет процедурного перевода для: "Это работает, но оно безобразно". Когда опытный профессионал чувствует эстетических дискомфорт и пытается об этом сказать, нам следует всегда обращать на это внимание. Наши стандарты красоты меняются от поколения к поколению, и по какой-то причине всегда соответствуют функции. В этом причина того, что делание кода красивым использует огромную базу знаний, которую мы не можем сознательно интегрировать, и ведет к эффективным по стоимости решениям. Если вещи красивы, то очень маловероятно, что они приведут к громадным затратам на поддержку. В этом состоит красота. Эстетическое качество -- это, вероятно, единственный критерий, против которого можно честно спорить, утверждая, что использован неправильный язык. Попытка изобразить рассвет в стиле импрессионизма, но акриловыми красками, будет выглядеть ужасно, даже если пульверизатор работал прекрасно.

Мы должны смотреть на исходный код, который мы создаем, не как на конечный продукт более интересного процесса, а как на явление со своими собственными правилами. Он должен хорошо выглядеть, если его повесить на стену. Затраты на то, чтобы действительно взглянуть на наш код и изучить закономерности геометрических узоров черного и белого, узоры в синтаксисе и узоры в проблемной области, сами по себе не так уж велики, но иногда позволяют буквально увидеть ошибки с расстояния шести футов.

С точки зрения всей этой литературной критики, что можно сказать о религиозных войнах? Конечно, часто они происходят развлечения ради, и мы не хотим препятствовать удовольствию от нелепых особенностей любимых инструментов и технологий наших друзей! Но иногда разумные программисты впадают в изматывающие и снижающие производительность перебранки, которые просто идут по кругу. Мы забываем, что строго между собой мы можем использовать структурные аргументы. Когда возникает нежелательная религиозная война, задайте следующие вопросы:

1. Какова глобальная позиция, включающая оба специальных случая?
2. Имеется ли различие намерений между позициями?
3. В чем состоит общая цель?

Это соотнесение возможностей и целей часто дает великолепное примирение мнений у квалифицированных людей. Возможность прийти к соглашению о наилучших идиомах, чтобы сделать работу в хорошо понимаемой среде, не означает, что все должны изменить свое мнение -- они просто соглашаются. В противоположность популярному мнению, часто это правильный ответ. Разговаривая с квалифицированным человеком об идиомах новой среды, можно научится очень многому очень быстро, тогда как использование идиом из старой среды в новой приведет к постоянным стычкам.

Атомы познания

Опытные планировщики проектов обнаружили, что распознавание и управление атомами познания в рамках проекта -- решающий начальный шаг. Сначала мы должны распознать атомы познания. Существует взаимосвязь между архитектурой системы и атомами познания, которые она содержит -- архитектор должен применить интуицию и опыт для выявления решаемых, но еще не решенных проблем. Проблемы, которые, как надеется архитектор, могут быть решены при разработке, будут влиять на дизайн, поскольку никто не хочет создавать архитектуру, которую нельзя реализовать!

Поэтому архитектор может очертить границы атомов познания вокруг проблемы. Например, в системах добычи знаний (data mining system), практические комбинаторные проблемы могут быть сконцентрированы в базе данных, либо на более высоком уровне прикладной логики. Правильная идентификация атомов познания будет управлять как архитектурой, так и рабочими пакетами, порученными отдельным членам команды. Каждый атом должен быть передан одному человеку или подгруппе для решения, но они могут обнаружить, что работают над более чем одной частью системы, чтобы разрешить свою проблему. Поэтому части должны быть хорошо разбиты на уровни, так что модули не сталкиваются в бестолковых сражениях. Идентификация атомов обычно требует учета баланса времени, пространства, связи, риска, возможностей команды, переносимости, времени разработки, и все это должно быть проделано при наличии атомов, разрешимость которых неочевидна. Поэтому архитектор должен суметь увидеть ключевую проблему и выразить, по крайней мере в своей собственной голове, природу условий компромиссов. Вполне возможно распознать набор очевидных компромиссов, о котором очень трудно рассказать другому, не обладающему, как картостроитель, способностью видеть структуру. Превращение мысленной модели в последовательность [действий] всегда тяжело, поскольку мы не думаем на языке технических бумаг, которые загружаем по ftp.

Во время идентификации атомов познания очень важно избежать специфических заблуждений, которые повторяются раз за разом. Часто возможно раздробить атом на более мелкие части не сильно задумываясь, и таким образом достигнуть этапа кодирования без больших усилий. Но когда дело доходит до реализации, все ввергается в хаос. Реальные проблемы никуда не деваются, они просто оборачиваются уродливыми API подсистем, проблемами производительности, ненадежностью и т.д. Границы атомов познания сжимаются все сильнее и сильнее, до ... Хоп! Они вновь возникают на уровне всей системы! Идеология упрощающего пошагового уточнения без регулярной сверки с действительностью и попыток найти логические ошибки в проекте ответственна за великое множество трагедий, включая потерю большей части отведенного на проект времени на попытки выполнять текущую проектную работу с чистосердечной неформальной желчностью, за которой следуют отчаянные попытки залатать дыры в программе.

Определение границ атома познания может происходить циклически, а квалифицированный архитектор укажет для них правильное место, где верхний уровень, где нижний, а что посередине. На начальных стадиях это может быть огромный, единый атом познания, который нужно передать в руки ответственного работника и сказать: "Попробуй разобрать эту мешанину, пожалуйста!"

По определению мы не знаем, каков наилучший подход к атому познания. Если бы мы знали, то он не был бы атомом. Из этого следует, что это не может планироваться на основе диаграмм планирования проектов (диаграмм Ганта) в терминах подцелей. Это должно быть одной задачей, а о длительности можно только догадываться. Опытные картостроители поднаторели в догадках, но они не могут объяснить, почему проблема тянет на два дня, неделю, полгода. Поэтому у того, кто дал наилучший прогноз, очень мало аргументов в его защиту. Боязнь последующих объяснений -- важный фактор, который часто отбивает у картостроителей охоту проявлять свои интуитивные способности и выдавать необходимые для планирования проекта цифры.

В результате расщепления атома познания работник обычно может выложить очень детальный набор описаний задач (целей), основанный на твердом понимании того, что должно быть сделано. Таким образом, во многих проектах следует поправить диаграммы Ганта, добавив туда расщепление атомов познания. Мы предполагаем, что большая часть проектов, пытающихся распланировать по Ганту все по дням, демонстрирует всеобъемлющую линейную модель производства. Программисты, работающие по таким диаграммам Ганта, не могут получить выгод из разумного управления атомами познания. Вместо того, чтобы повернуть свой разум к решаемой проблеме, они будут доказывать, что они хорошие работники, под "прессом", как будто унижая их можно заставить думать более ясно. Это грозит стрессом и снижает производительность.

Плато качества

Единственный честный аргумент, который мы можем здесь предложить -- это обещание, что это действительно произойдет. И хотя это ничего не доказывает, все что мы можем сделать -- это показать работающий пример приведения в минимальное состояние. Но это работает -- спросите любого, кто пытался.

В качестве примера возьмем код из прекрасной книги Джеффри Рихтера (Jeffrey Richter's Advanced Windows). Эта книга - полезное чтение для любого, кто пытается писать программы для Win32 API (Application Programming Interface) (поскольку иначе у вас не появится мысленная карта семантики системы).

Рихтер очень четко раскладывает по полочкам вопросы использования Win32, но даже в его примерах (и, в частности, как результат соглашений, которым он следует) появляется сложность, которую мы попробуем убрать. На странице 319 имеется функция SecondThread() Мы просто посмотрим на эту функцию, опустив остальную программу и некоторые глобальные определения:

DWORD WINAPI SecondThread (LPVOID lpwThreadParm) {
  BOOL fDone = FALSE;
  DWORD dw;

  while (!fDone) {
    // Wait forever for the mutex to become signaled.
    dw = WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);

    if (dw == WAIT_OBJECT_0) {
       // Mutex became signalled.
       if (g_nIndex >= MAX_TIMES) {
         fDone = TRUE;
       } else {
         g_nIndex++;
         g_dwTimes[g_nIndex - 1] = GetTickCount():
       }

       // Release the mutex.
       ReleaseMutex(g_hMutex);
    } else {
      // The mutex was abandoned.
      break;// Exit the while loop.
    }
  }
  return(0);
}

Для начала просто упростим стиль скобок, уберем пробел между ключевым словом и открывающей скобкой, а также многословный комментарий к ReleaseMutex. Мы в курсе, что идет религиозная война между последователями Кернигана и Ритчи (K&R) и последователями Вирта (Wirth) по поводу стиля скобок, но симметрия обрамления блока действительно позволяет лучше увидеть некоторые вещи. Дополнительная строка, которая при этом появляется, даст выигрыш чуть позднее -- следуйте за нами!

DWORD WINAPI SecondThread(LPVOID lpwThreadParm)
{
 BOOL fDone = FALSE;
 DWORD dw;

 while(!fDone)
  {
    // Wait forever for the mutex to become signaled.
    dw = WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);

    if(dw == WAIT_OBJECT_0)
      {
        // Mutex became signalled.
        if(g_nIndex >= MAX_TIMES)
          {
            fDone = TRUE;
          }
        else
          {
            g_nIndex++;
            g_dwTimes[g_nIndex - 1] = GetTickCount():
          }

        ReleaseMutex(g_hMutex);
      }
    else
      {
        // The mutex was abandoned.
        break; // Exit the while loop.
      }
   }
 return(0);
}

Очень легко можно избавиться от одной локальной переменной: dw присваивают значение, а в следующей операции тестируют. Инвертирование смысла проверки помогает локализовать ссылку (проверка, затем изменение g_nIndex). А пока мы здесь, нет смысла инкрементировать g_nIndex просто для того, чтобы вычесть 1 из текущего значения в следующей операции! Мы уже использовали постфиксную форму оператора инкремента языка Cи, который как раз для этого и предназначен.

DWORD WINAPI SecondThread (LPVOID lpwThreadParm)
{
  BOOL fDone = FALSE;

  while (!fDone)
    {
      // Wait forever for the mutex to become signaled.
      if (WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE)==WAIT_OBJECT_0)
        {
          // Mutex became signalled.
          if (g_nIndex < MAX_TIMES)
            {
              g_dwTimes[g_nIndex++] = GetTickCount();
            }
          else
            {
              fDone = TRUE;
            }
          ReleaseMutex(g_hMutex);
        }
      else
        {
          // The mutex was abandoned.
          break;// Exit the while loop.
        }
    }
  return(0);
}

Прерывание цикла (break) зависит только от результата WaitForSingleObject, поэтому естественно переместить проверку в управляющее выражение, избавляясь от прерывания цикла и одного уровня вложенности:

DWORD WINAPI SecondThread (LPVOID lpwThreadParm)
{
   BOOL fDone = FALSE;

   while (!fDone && WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE)==WAIT_OBJECT_0)
     {
       // Mutex became signalled.
       if (g_nIndex < MAX_TIMES)
         {
           g_dwTimes[g_nIndex++] = GetTickCount();
         }
       else
         {
           fDone = TRUE;
         }
       ReleaseMutex(g_hMutex);
     }
   return(0);
}

Теперь просто сожмем... Мы знаем - многие стандарты кодирования говорят, что мы всегда должны ставить фигурные скобки, поскольку иногда у глупых людей получается нечитаемая мешанина, но посмотрите, что получается, когда мы пренебрегаем этим правилом и концентрируемся на повышении читаемости кода.

DWORD WINAPI SecondThread (LPVOID lpwThreadParm)
{
   BOOL fDone = FALSE;

   while (!fDone && WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE)==WAIT_OBJECT_0)
     {
       if (g_nIndex < MAX_TIMES)
             g_dwTimes[g_nIndex++] = GetTickCount();
       else
             fDone = TRUE;
       ReleaseMutex(g_hMutex);
     }
   return(0);
}

Теперь немного настоящей ереси. Черт возьми, в момент когда мы покончим с этой полной безответственностью, результат окажется совершенно неочевидным. (Здравый смысл поможет сделать лучше, чем правила.)

Ересь в том, что если мы знаем, для чего наши переменные, то мы знаем их типы. Если мы не знаем, для чего предназначена переменная, знание ее типа мало поможет. В любом случае, компилятор все равно сделает проверку типов. Поэтому избавимся от венгерской записи, а заодно и от переопределений типов, которые просто определены ( #define ), но не для нас. Сокрытие разыменования используя typedef - другое бесцельное упражнение, поскольку хотя и позволяет выполнить некоторую инкапсуляцию валюты, этого совершенно недостаточно, чтобы избавиться от беспокойства по этому поводу, поэтому аккуратные программисты вынуждены держать настоящие типы в голове. Поддержка концепции дальних указателей в именах переменных для 32 битного API с плоской адресацией -- тоже довольно глупое занятие.

DWORD SecondThread (void *ThreadParm)
{
   BOOL done = FALSE;

   while (!done && WaitForSingleObject(Mutex, INFINITE)==WAIT_OBJECT_0)
     {
        if (Index < MAX_TIMES)
              Times[Index++] = GetTickCount();
        else
              done = TRUE;
        ReleaseMutex(Mutex);
     }
   return(0);
}

Теперь смотрите. Мы достигнем Плато Качества...

DWORD SecondThread(void *ThreadParm)
{
   while(Index < MAX_TIMES &&
         WaitForSingleObject(Mutex, INFINITE) == WAIT_OBJECT_0)
     {
        if (Index < MAX_TIMES)
              Times[Index++] = GetTickCount():
        ReleaseMutex(Mutex);
     }
   return(0);
}

Одиннадцать строк против 26. На один уровень меньшая вложенность, но структура полностью прозрачна. Две локальных переменных исчезли. Нет блоков. Совсем нет вложенных else. Меньше мест, где могут скрываться ошибки.

(Если вы еще не программировали используя потоки (threads), то повторная проверка значения Index внутри тела цикла кажется грубой и ненужной. Если же программировали, то повторная проверка естественна и очевидна. Это очень важно: пока текущий поток приостановлен в WaitForSingleObject, другой поток скорее всего будет активен и изменит значение. То, что для вас очевидно, зависит от вашего опыта: еще одна мораль из этого примера -- рассмотрения только структуры куска кода недостаточно.)

Наконец, текст делает совершенно ясным, что разные потоки выполняют функции в разных контекстах. Поэтому совершенно не нужно определять функцию с именем FirstThread(), в точности такую же, как SecondThread(), и вызывать их так:

hThreads[0] = CreateThread(..., FirstThread, ...);
hThreads[1] = CreateThread(..., SecondThread, ...);

hThreads[0] = CreateThread(..., TheThread, ...);
hThreads[1] = CreateThread(..., TheThread, ...);

Знание, а не число строк кода (KLOCS)

Причина, по которой важно оценивать результат таким образом, в том, что понимание показывает гораздо более простой способ реализации, чем тот, с которого команда начинала. Классическое поле сражения картостроителей с паковщиками в программировании состоит в том, что картостроители видят, что с тем, что они узнали, повторная реализация может быть сделана быстрее и не будет страдать от проблем сопровождения, вырисовывающихся в существующем коде. Паковщики видят, что картостроители безумствуют, пытаясь разгромить всю их работу (как будто нет резервной копии) и повторить работу нескольких последних месяцев, которые были ужасны, поскольку они, очевидно, не знали, что они делали (они хранят изменяющиеся вещи). Паковщики настраивают одного из своих защитников остановить картостроителей, и организация вынуждена забыть о достигнутом понимании, которое не может быть использовано в контексте существующего кода.

Разумная организация хочет максимального понимания и минимального размера кода, которого только можно достигнуть. Организация, увязшая в модели производства разбухающего кода не учитывает понимание, а подсчитывает свои активы в растущих грудах кода.

Хорошая композиция и экспоненциальный рост продуктивности

Дело в том, что вокруг не должно быть ничего, что не имело бы ясно означенной цели по отношению к другим элементам композиции. Художнику нужно сохранять контроль за сообщением, и если картина содержит случайные предметы, то они будут вызывать в уме зрителя непредсказуемые ассоциации и искажать отношения между важными элементами.

Логики при проверке наборов аксиом сталкиваются с той же самой проблемой. Для этого у них есть гораздо более точный термин, но он происходит просто из компактных формальных структур, в рамках которых делаются наблюдения и доказываются теоремы. Они говорят, что набор аксиом должен быть "необходимым и достаточным". Необходимый и достаточный набор позволяет ясно увидеть "природу" рассматриваемого "мира". Это позволяет удостовериться, что обнаруженные следствия -- это истинные следствия исследуемой области, а не какие-то произвольные предположения.

Ни в одной из этих сфер деятельности не нужно напоминать людям о важности сохранения вещей настолько малыми, насколько это возможно, в противоположность программированию. К сожалению, практическая полезность нашего искусства означает, что люди часто стремятся как можно быстрее увидеть новую функциональность, которую мы пытаемся создать. Будучи создана, эта функциональность становится частью фона, и каждый из нас, от корпораций до отдельных людей, становится заложником наших собственных унаследованных систем.

И хотя это может выглядеть как вечная безысходность (неизбежность) Закона Программиста, здесь появляются люди, разрывающие порочный круг деградации, и мы опишем, как это делать с этой точки зрения на программирование как на творческий процесс.

Фундаментальная трудность в сохранении контроля над унаследованными структурами, будь то артефакты стратегии доставки потребителю, возникшие из спецификаций с фиксированной стоимостью амортизации, либо древняя система индексирования CODASYL, которую требуют воссоздать в объектной базе данных -- это время. Иногда это выражается как "стоимость", но время редко имеет цену. Это крайние сроки (deadlines). Нет другого способа избежать крайних сроков, кроме как крикнуть "Волк!". Это реалии коммерции, которыми мы не управляем. Все в порядке -- мы просто думаем об этом реалистично и скорее учитываем это в своей работе, а не используем для оправдания плохого качества продуктов.

Первая точка приложения усилий против крайних сроков -- осознание того, что работа спорится в чистой среде без странных флагов у функций, без противоречивых соглашений о вызовах, без многочисленных соглашений об именовании и прочего барахла. Дни после чистки весомее дней до нее. Поэтому сделайте чистку в самом начале, когда каждый может видеть перед собой большой проект, это время окупится позднее. Вы почти всегда должны делать чистку -- код, который большинство организаций помещают в репозитарии, обычно первый кандидат. И не важно, что он прошел все этапы тестирования. Делайте чистку, проверку на старость и даже не обсуждайте сроки, пока не увидите порядка.

Следует сделать предупреждение -- будьте реалистами насчет того, сколько времени займет чистка. Чем запутаннее клубок, тем больший эффект даст чистка, но тем больше риск, что у вас не будет времени на его распутывание и выполнение работы. Часто полезно задать вопрос: "Насколько сложно поведение этого предмета как черного ящика?" Если ответ: "Не очень!", то вы знаете, что по мере последовательного вычесывания сложности, он ужмется до чего-то простого, даже если вам вообще не видно, куда идти.

Вторая точка приложения усилий исходит из экспоненциального уменьшения сложности программы. Если у вас более ясный алгоритм, минимальная реализация будет проще. Чем меньше у вас кода, тем легче увидеть структуру кода, и уменьшается шанс появления искажающих концепцию ошибок. В то же время, меньшее количество кода означает и меньше возможностей для синтаксических ошибок, описок в именах переменных и т.д. Меньше ошибок -- меньше затраты времени, меньше затраты времени -- меньше тестирования. Это не займет много времени в любой команде из более полудюжины человек для большей части их работы, чтобы опуститься до нанесения увечий взаимного перепатчения, когда доступ к репозитарию станет узким местом. Позволить пропустить вещи через такой процесс на более поздних стадиях -- заложить бомбу с часовым механизмом, которая рванет тогда, когда уже поздно что-то делать. С другой стороны, безумие отбраковки (выбрасывания лишнего) посреди такой ситуации может восстановить спокойствие в оставшиеся дни.

Третья точка приложения усилий -- "дела скунса" (skunkworks), название пошло от местечка Skunkworks, основанного корпорацией Lockheed Martin вдали от корпоративного центра, "потому что воняло". Эта страшная технология может быть использована исключительно инициативными командами по секрету на рождественской вечеринке, либо спровоцирована просвещенным руководством. Как повелось во всей этой работе, мы проясним, почему "дела скунса" срабатывают.

В такой деятельности индустриальной эры, как строительство, имеются физические объекты (кирпичи), с которыми трудно управляться. Вместо того, чтобы нагромоздить кирпичи стопкой, чтобы увидеть, сколько их понадобится для строительства дома, мы подсчитываем их. Эта абстракция от физического к информационному дает нам сверхъестественные способности в обращении с кирпичами. В конце концов у нас становится так много чисел, говорящих о поставках, транспортировке и потребностях, что мы вынуждены организовать наши числа в структуры, чтобы работать с ними. Мы используем электронные таблицы, а абстракция от информационного к концептуальному вновь дает нам сверхъестественные способности.

Выполняя такую работу над информацией, как программирование, мы не начинаем с физического и получаем явное преимущество, когда переходим к информационному. Мы начинаем с информационных требований, списков по пунктам и т.п., и нам приходится обрабатывать их с помощью информационных инструментов. Нам приходится делать это из хороших соображений, таких как информационные контракты с заказчиками, информационные соглашения на собраниях с включенными в наш процесс коллегами. Иногда также мы делаем это из таких плохих соображений, как слишком подробные инструкции информационных технологий по преобразованию кирпичей в область информации, как измерение производительности с помощью строк кода (KLOCS).

Беда в том, что при нормальной работе у нас нет рычагов. Информационное содержимое нескольких минут совещания может быть больше информационного содержимого требований, которые на нем обсуждаются! Как деятельность, выполняемая людьми, собрания не способствуют достижению цели! Мы выигрываем только потому, что мы можем продать наше новое знание много раз, или потому, что в соединении с другими знаниями оно дает существенно больший вклад в процесс.

Это лишает возможности использовать понимание для увеличения власти над информацией. "Дела скунса" иногда выглядят как отказ от процесса в интересах творчества. Ничто не может быть дальше от истины. Необходима высокая пропорция опытных людей, чтобы исключить этот эффект, поскольку, чтобы что-то завершить, они должны положить в основу высокоинформативные динамические индивидуальные процессы. То, от чего отказываются -- это понимание, содержащееся в изнурительном процессе, ради понимания, которым владеют опытные люди. Отсюда проистекает предусловие для "дел скунса". Отказываясь от детализованного процесса, принимают, что риск неизбежен, а потеря личной безопасности компенсируется простыми хорошо определенными целями. Каждый должен осознать, что "дела скунса" могут потерпеть неудачу, надежды могут не оправдать ожиданий, а могут быть соображения, по которым все вернется к традиционным методам управления. Но когда они срабатывают, то срабатывают великолепно!

Все успешные начинания -- "дела скунса". Поэтому есть неудачные начинания. Усилия "дел скунса" могут сменить большой риск потери управляемости [из-за разбухания проекта - С.К.] на малый риск "пионерства" [в смысле быть первым - С.К.]. В таких ситуациях это может оказаться эффективным средством управления риском.

Для контактов:

Перевод на русский язык: Prog.Stone progstone@yandex.ru

Русский сайт Programmers' Stone / Reciprocality : progstone.narod.ru или progstone.narod.ru