Читать онлайн «Искусство программирования для Unix». Страница 7

1.6.1. Правило модульности: следует писать простые части, связанные ясными интерфейсами

Как однажды заметил Браян Керниган, "управление сложностью является сущностью компьютерного программирования" [41]. Отладка занимает большую часть времени разработки, и выпуск работающей системы обычно в меньшей степени является результатом талантливого проектирования, и в большей — результатом должного управления, исключающего многократное повторение ошибок.

Трансляторы, компиляторы, блок-схемы, процедурное программирование, структурное программирование, "искусственный интеллект", языки четвертого поколения, объектно-ориентированные языки и бесчисленные методологии разработки программного обеспечения рекламировались и продавались как средство борьбы с этой проблемой. Все они потерпели неудачу, если только их успех заключался в повышении обычного уровня сложности программы до той точки, где (вновь) человеческий мозг едва ли мог справиться. Как заметил Фред Брукс [8], "серебряной пули не существует".

Единственным способом создания сложной программы, не обреченной заранее на провал, является сдерживание ее глобальной сложности, т.е. построение программы из простых частей, соединенных четко определенными интерфейсами, так что большинство проблем являются локальными, и можно рассчитывать на обновление одной из частей без разрушения целого.

Поскольку обслуживание является важным и дорогостоящим, следует писать такие программы, как если бы обмен наиболее важной информацией, осуществляемый программой, был связан не с компьютером, выполняющим данную программу, а с людьми, которые будут читать и поддерживать исходный код в будущем (включая и самого создателя программы).

В традициях Unix смысл данной рекомендации выходит за пределы простого комментирования кода. Хорошая Unix-практика также предполагает выбор алгоритмов и реализации с учетом дальнейшего обслуживания. Незначительный рост производительности ценой большого повышения сложности и запутанности методики относится к плохой практике не только потому, что сложный код, вероятнее всего, скрывает в себе ошибки, но также потому, что такой код будет тяжелее читать будущим кураторам (maintainers) программы.

С другой стороны, тот, кому впоследствии придется изменять программу, вряд ли будет поставлен в тупик изящным и ясным кодом — более вероятно, что он немедленно в нем разберется. Это особенно важно, если спустя несколько лет следующим куратором, возможно, будет сам создатель программы.

Не пытайтесь трижды расшифровывать хитроумный код. Однажды возможна неповторимая удача, однако, если придется разбираться в коде во второй раз, поскольку впервые он рассматривался слишком давно и детали позабыты, то это означает, что необходимо внести в код комментарии таким образом, чтобы третий раз был относительно безболезненным.

Если разрабатываемые программы не способны взаимодействовать друг с другом, то очень трудно избежать создания сложных монолитных программ.

Традиция Unix значительно способствует написанию программ, которые считывают и записывают простые текстовые форматы, ориентированные на потоки и не зависящие от устройств. В классической реализации Unix как можно больше программ создаются в виде простых фильтров (filters), которые на входе принимают простой текстовый поток и преобразовывают его в другой простой текстовый поток на выходе.

Вопреки распространенному мифу, такая практика широко распространена не потому, что Unix-программисты ненавидят графические пользовательские интерфейсы. Данная практика пользуется популярностью Unix-программистов, поскольку связывать вместе программы, не принимающие и не создающие на выходе простые текстовые потоки, гораздо труднее.

Текстовые потоки для Unix-инструментов являются тем же, чем являются сообщения для объектов в объектно-ориентированной среде. Простота интерфейса текстовых потоков усиливает инкапсуляцию инструментальных средств. Более сложные формы межпроцессного взаимодействия, такие как удаленный вызов процедур (remote procedure call), демонстрируют тенденцию к использованию программ с сильными внутренними зависимостями друг от друга.

Для того чтобы создавать компонуемые программы, их следует делать независимыми. Программа с одной стороны текстового потока как можно меньше должна зависеть от программы на другой стороне. Должна быть обеспечена возможность замены программы с одной стороны абсолютно другой реализацией без нарушения работы второй стороны.

GUI-интерфейсы могут быть разработаны на весьма высоком уровне. Иногда просто невозможно избежать сложных двоичных форматов данных какими-либо приемлемыми способами. Однако прежде чем создавать GUI-интерфейс, разумно будет изучить возможность выделения частей разрабатываемой программы со сложным взаимодействием в один блок, а основных алгоритмов — в другой, а также использования простого потока команд или прикладного протокола для связи двух блоков. Прежде чем изобретать нетривиальный двоичный формат для распространения данных, стоит экспериментальным путем проверить, имеется ли возможность задействовать простой текстовый формат и согласиться с небольшими затратами на синтаксический анализ в обмен на возможность обработки потока данных с помощью универсальных инструментальных средств.

В ситуации, когда сериализованный интерфейс, подобный протоколу, не является естественным для разрабатываемого приложения, конструкция "в духе Unix" заключается в том, чтобы, по крайней мере, организовать как можно больше программных примитивов в библиотеку с хорошо определенным API-интерфейсом. В таком случае открываются возможности вызова приложений путем связывания или привязки к приложению нескольких интерфейсов для различных задач.

Данная проблема подробнее обсуждается в главе 7.

В разделе "Что в Unix делается неверно" отмечалось, что разработчики системы X Window приняли основное решение о реализации "механизма, а не политики". Такой подход был направлен на то, чтобы сделать систему X общим сервером обработки графики и передать решение о стиле пользовательского интерфейса инструментариям и другим уровням системы. Это оправданно, если учесть, что политика и механизм стремятся к изменению на протяжении различных периодов времени, причем политика меняется гораздо быстрее, чем механизм. Мода на вид и восприятие GUI-инструментариев может прийти и уйти, но растровые операции и компоновка останутся.

Таким образом, жесткое объединение политики и механизма имеет два отрицательных эффекта. Во-первых, политика становится негибкой и усложняется ее изменение в ответ на пользовательские требования. Во-вторых, это означает, что попытка изменения политики имеет строгую тенденцию к дестабилизации механизмов.

С другой стороны, разделение двух этих элементов делает возможным экспериментирование с новой политикой без разрушения механизмов. Кроме того, облегчается написание хороших тестов для механизма (политика, ввиду своего быстрого изменения, часто не оправдывает вложений).

Данное правило проектирования широко применимо вне контекста GUI-интерфейсов. В целом оно подразумевает, что следует искать способы разделения интерфейсов и основных модулей.

Одним из способов осуществления такого разделения, в частности, является написание приложения в виде библиотеки служебных подпрограмм на С, которые приводятся в действие встроенным языком сценариев, а управляющая логика приложения вместо С написана на языке сценариев. Классическим примером такой модели является редактор Emacs, в котором для управления редактирующими примитивами, написанными на С, используется встроенный интерпретатор языка Lisp. Такой стиль программирования обсуждается в главе 11.

Другой способ заключается в разделении приложения на взаимодействующие процессы клиента (front-end) и сервера (back-end), которые обмениваются данными через специализированный протокол прикладного уровня посредством сокетов. Данный конструкторский подход рассматривается в главах 5 и 7. Во внешней или клиентской части реализуется политика, а во внутренней или серверной — механизм. Глобальная сложность данной пары часто является значительно меньшей, чем сложность одного процесса, в котором монолитно реализованы те же функции. Одновременно уменьшается уязвимость относительно ошибок и сокращаются затраты на жизненный цикл.