Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

• Средство выражения проектных решений высокого уровня.

Наш ответ таков: “Все вместе и еще больше!” Очевидно, что здесь речь идет об универсальных языках программирования. Кроме них существуют специализированные и предметно-ориентированные языки программирования, предназначенные для более узких и более точно сформулированных задач. Какие свойства языка программирования считаются желательными?

• Переносимость.

• Типовая безопасность.

•Точная определенность.

• Высокая производительность.

• Способность точно выражать идеи.

• Легкая отладка.

• Легкое тестирование.

• Доступ ко всем системным ресурсам.

• Независимость от платформы.

• Возможность выполнения на всех платформах.

• Устойчивость на протяжении десятилетий.

• Постоянное совершенствование в ответ на изменения, происходящие в прикладной области.

• Легкость обучения.

• Небольшой размер.

• Поддержка популярных стилей программирования (например, объектно-ориентированного и обобщенного программирования).

• Возможность анализа программ.

• Множество возможностей.

• Поддержка со стороны крупного сообщества.

• Поддержка со стороны новичков (студентов, учащихся).

• Исчерпывающие возможности для экспертов (например, конструкторов инфраструктуры).

• Доступность большого количества инструментов для разработки программ.

• Доступность большого количества компонентов программного обеспечения (например, библиотек).

• Поддержка со стороны сообщества разработчиков открытого кода.

• Поддержка со стороны поставщиков основных платформ (Microsoft, IBM и т.д.).

К сожалению, все эти возможности нельзя получить одновременно. Это досадно, поскольку каждое из этих свойств объективно является положительным: каждое из них приносит пользу, а язык, не имеющий этих свойств, вынуждает программистов выполнять дополнительную работу и осложняет им жизнь. Причина, из-за которой невозможно получить все эти возможности одновременно, носит фундаментальный характер: некоторые из них являются взаимоисключающими. Например, язык не может полностью не зависеть от платформы и в то же время открывать доступ ко всем системным ресурсам; программа, обращающаяся к ресурсу, не существующему на конкретной платформе, не сможет на ней работать вообще. Аналогично, мы очевидно хотели бы, чтобы язык (а также инструменты и библиотеки, необходимые для его использования) был небольшим и легким для изучения, но это противоречит требованию полной поддержки программирования на всех системах и в любых предметных областях.

Идеалы в программировании играют важную роль. Они служат ориентирами при выборе технических решений и компромиссов при разработке каждого языка, библиотеки и инструмента, который должен сделать проектировщик. Да, когда вы пишете программы, вы играете роль проектировщика и должны принимать проектные решения.

22.1.2. Идеалы программирования

Предисловие к книге The C++ Programming Language начинается со слов: “Язык C++ — универсальный язык программирования, разработанный для того, чтобы серьезные программисты получали удовольствие от работы”. Что это значит? Разве программирование не предусматривает поставку готовой продукции? А почему ничего не сказано о правильности, качестве и сопровождении программ? А почему не упомянуто время от начального замысла новой программы до ее появления на рынке? А разве поддержка разработки программного обеспечения не важна? Все это, разумеется, тоже важно, но мы не должны забывать о программисте. Рассмотрим другой пример. Дональд Кнут (Don Knuth) сказал: “Самое лучшее в компьютере Alto то, что он ночью не работает быстрее”. Alto — это компьютер из центра Xerox Palo Alto Research Center (PARC), бывший одним из первых персональных компьютеров. Он отличался от обычных компьютеров, предназначенных для совместного использования и провоцировавших острое соперничество между программистами за дневное время работы.

Наши инструменты и методы программирования предназначены для того, чтобы программист работал лучше и достигал более высоких результатов. Пожалуйста, не забывайте об этом. Какие принципы мы можем сформулировать, чтобы помочь программисту создавать наилучшее программное обеспечение с наименьшими затратами энергии? Мы уже выражали наше мнение по всей книге, поэтому этот раздел по существу представляет собой резюме.

Основная причина, побуждающая нас создавать хорошую структуру кода, — стремление вносить в него изменения без излишних усилий. Чем лучше структура, тем легче изменить код, найти и исправить ошибку, добавить новое свойство, настроиться на новую архитектуру, повысить быстродействие программы и т.д. Именно это мы имеем в виду, говоря “хорошо”.

В оставшейся части раздела мы рассмотрим следующие вопросы.

• Что мы хотим от кода?

• Два общих подхода к разработке программного обеспечения, сочетание которых обеспечивает лучший результат, чем использование по отдельности.

• Ключевые аспекты структуры программ, выраженные в коде.

• Непосредственное выражение идей.

• Уровень абстракции.

• Модульность.

• Логичность и минимализм.

Идеалы должны воплощаться в жизнь. Они являются основой для размышлений, а не просто забавными фразами, которыми перекидываются менеджеры и эксперты. Наши программы должны приближаться к идеалу. Когда мы заходим в тупик, то возвращаемся назад, чтобы увидеть, не является ли наша проблема следствием отступления от принципов (иногда это помогает). Когда мы оцениваем программу (желательно еще до ее поставки пользователям), мы ищем нарушение принципов, которые в будущем могут вызвать проблемы. Применяйте идеалы как можно чаще, но помните, что практичные концепции (например, производительность и простота), а также слабости языка (ни один язык не является совершенным) часто позволяют лишь достаточно близко приблизиться к идеалу, но не достичь его.

Идеалы могут помочь нам принять конкретные технические решения. Например, мы не можем принять решение о выборе интерфейса для библиотеки самолично и в полной изоляции (см. раздел 14.1). В результате может возникнуть путаница. Вместо этого мы должны вспомнить о нашем первом принципе и решить, что именно является важным для данной конкретной библиотеки, а затем создать логичный набор интерфейсов. А главное — следовало бы сформулировать принципы проектирования и принятия компромиссных решений для каждого проекта в его документации и прокомментировать их в коде.

Начиная проект, обдумайте принципы и посмотрите, как они связаны с задачами и ранее существующими решениями вашей задачи. Это хороший способ выявления и уточнения идей. Когда позднее, на этапе проектирования и программирования, вы зайдете в тупик, вернитесь назад и найдите место, где ваш код отклонился от идеалов, — именно там, вероятнее всего, кроются ошибки и возникают проблемы, связанные с проектированием. Этот подход является альтернативой методу отладки, принятому по умолчанию, когда программист постоянно проверяет одно и то же место с помощью одного и того же метода поиска ошибок. “Ошибка всегда кроется там, где вы ее не ожидаете, — или вы ее уже нашли”.

22.1.2.1. Чего мы хотим?

Как правило, мы хотим следующего.

• Правильность. Да, очень трудно определить, что мы имеем в виду под словом “правильный”, но это важная часть работы. Часто это понятие в рамках конкретного проекта определяют для нас другие люди, но в этом случае мы должны интерпретировать то, что они говорят.

• Легкость сопровождения. Любая успешная программа со временем изменяется; она настраивается на новое аппаратное обеспечение и платформу, дополняется новыми возможностями и при этом из нее необходимо удалить новые ошибки. В следующих разделах мы покажем, как структура программы позволяет достичь этого.

• Производительность. Производительность (эффективность) — понятие относительное. Она должна быть адекватной цели программы. Часто программисты утверждают, что эффективный код по необходимости должен быть низкоуровневым, а высокоуровневая структура ухудшает эффективность программы. В противоположность этому мы считаем, что следование рекомендуемым нами принципам часто позволяет обеспечивать высокую эффективность кода. Примером такого кода является библиотека STL, которая одновременно является абстрактной и очень эффективной. Низкая производительность часто может быть следствием как чрезмерного увлечения низкоуровневыми деталями, так и пренебрежения ими.