高效程序設(shè)計的七個習(xí)慣

文艾+陳衛(wèi)衛(wèi)

（解放軍理工大學(xué) 指揮信息系統(tǒng)學(xué)院，江蘇 南京 210007）

摘 要：分析大學(xué)生難以掌握程序設(shè)計技能的問題，提出學(xué)生的程序設(shè)計習(xí)慣是導(dǎo)致上述問題的關(guān)鍵因素。根據(jù)程序設(shè)計和教學(xué)方面的經(jīng)驗，總結(jié)出高效程序設(shè)計的七個習(xí)慣，并說明實踐過程，最后指出這些習(xí)慣可有效提高學(xué)員的程序設(shè)計效率。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計；習(xí)慣；編碼；迭代

1 背 景

程序設(shè)計是計算機及相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門重要技能。然而，從歷年畢業(yè)生的學(xué)習(xí)情況來看，能夠較好地掌握程序設(shè)計能力的學(xué)生只是一小部分，還有相當(dāng)一部分學(xué)生無法順利地設(shè)計程序，甚至不會編程，其中不乏高分學(xué)生。為何同樣的課程設(shè)置、同樣的教材，甚至同一個教師，學(xué)習(xí)結(jié)果有如此差異？針對上述問題，已有很多研究和解決方案[1-3]。筆者從學(xué)生個體差異的角度進(jìn)行分析，認(rèn)為智力不是上述問題的關(guān)鍵因素，因為對同一所大學(xué)的學(xué)生來說，除特別突出者，絕大部分學(xué)生處在同一水平，而每個學(xué)生在程序設(shè)計學(xué)習(xí)和實踐過程中的個人習(xí)慣，才是導(dǎo)致上述現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。

為此，筆者根據(jù)程序設(shè)計開發(fā)和教學(xué)方面的經(jīng)驗，總結(jié)出高效程序設(shè)計的七個習(xí)慣，并利用學(xué)院的本科生導(dǎo)師制，將這些習(xí)慣的養(yǎng)成貫穿到人才培養(yǎng)的各個方面。

2 高效程序設(shè)計的七個習(xí)慣

高效程序設(shè)計的七個習(xí)慣分別是：①先找輪子；②從最簡出發(fā)；③讓程序先跑起來；④友好編碼；⑤即時驗證；⑥無損迭代；⑦定期備份。

2.1 先找輪子

在進(jìn)行程序設(shè)計之前，不要急于開始編碼，而是要盡可能地找到與設(shè)計目標(biāo)相對應(yīng)的實現(xiàn)，稱之為“輪子”。在互聯(lián)網(wǎng)上，程序設(shè)計的資源非常豐富，尤其隨著開源運動的蓬勃發(fā)展，小到一個簡單的Hello World程序，大到操作系統(tǒng)，都有開源實現(xiàn)。對于初學(xué)者，先找到輪子，就可以站在巨人的肩膀上，快速進(jìn)入某個專業(yè)領(lǐng)域。比如，設(shè)計一個分布式文件系統(tǒng)，如果從零開始，會非常復(fù)雜，如果能找到MFS（一個開源的分布式文件系統(tǒng)），就可以從使用、設(shè)計到編碼實現(xiàn)，全方位地進(jìn)行學(xué)習(xí)和借鑒，會大大節(jié)省時間，并迅速累積經(jīng)驗；又如，JPEG圖片的編碼和解壓功能，如果從零開始實現(xiàn)，不但需要掌握J(rèn)PEG算法原理，還要考慮實現(xiàn)的效率，在時間和可行性上是不可接受的，如果能找到JPEG的開源實現(xiàn)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，適配需求，就會大大節(jié)省時間。

2.2 從最簡出發(fā)

設(shè)計一個復(fù)雜程序的時候，不要試圖一次實現(xiàn)整個程序，應(yīng)該先實現(xiàn)其最核心的功能，然后進(jìn)行多次迭代，形成最終的版本。程序從本質(zhì)上講，就是邏輯的組合，一次實現(xiàn)這些復(fù)雜的邏輯，對開發(fā)者來說，可能無法把控，有時即便實現(xiàn)了，穩(wěn)定性也無法保證。在實現(xiàn)之前，可以先對這些邏輯進(jìn)行分解，確定哪些是核心、是不可再分的，哪些可以后續(xù)進(jìn)行組合，再按照先核心、后外圍的順序進(jìn)行開發(fā)。比如，要實現(xiàn)一個聊天軟件，其最核心的功能就是網(wǎng)絡(luò)通信，因此，可以先實現(xiàn)Server端和Client端的網(wǎng)絡(luò)通信，然后在此基礎(chǔ)上定義消息、完善功能。又如，用硬件語言實現(xiàn)CPU時，如果先對指令進(jìn)行分類，然后實現(xiàn)代表指令，構(gòu)建數(shù)據(jù)通路，后續(xù)的指令就可以線性添加，不需要改變數(shù)據(jù)通路和狀態(tài)機，只需要改變控制信號，這樣整個CPU的復(fù)雜邏輯就可以實現(xiàn)。

2.3 讓程序先跑起來

無論是設(shè)計程序還是學(xué)習(xí)代碼，讓程序跑起來都是第一要義。如果是設(shè)計程序，一開始就讓程序跑起來，可以及時對程序邏輯進(jìn)行驗證，從而避免錯誤的累積；如果是學(xué)習(xí)代碼，讓程序跑起來可以直接觀察程序的運行狀態(tài)和輸出結(jié)果，必要時還可以進(jìn)行調(diào)試，這樣可以快速理解代碼的含義和設(shè)計機制。

2.4 友好編碼

友好編碼是指編寫代碼時，要遵守一定的編碼規(guī)范，具體來說包括文件、目錄、變量、函數(shù)的命名規(guī)則、代碼縮進(jìn)與對齊、注釋風(fēng)格等。不同的語言有不同的規(guī)定，例如C語言的代碼風(fēng)格和Java語言就有所區(qū)別，即使是同一種語言，也可能有多種風(fēng)格，應(yīng)盡量選取大多數(shù)人遵循的風(fēng)格。再如，在Linux平臺下設(shè)計C程序，就可以參照內(nèi)核代碼或者平臺軟件（如GCC）的代碼風(fēng)格。

2.5 即時驗證

即時驗證是指對代碼進(jìn)行一定修改后，要及時驗證，有效防止錯誤的累積。由于修改前的代碼已經(jīng)過驗證，因此，修改后如果出現(xiàn)錯誤，可以根據(jù)提示信息，比照修改的代碼部分，迅速定位。即時驗證包括語法驗證和語義驗證。一般來說，一旦做出代碼修改，就應(yīng)立即進(jìn)行語法驗證，即重新編譯、鏈接代碼；而一旦完成某個邏輯功能的修改，應(yīng)立即進(jìn)行語義驗證，運行相應(yīng)的測試用例。

2.6 無損迭代

無損迭代是指在擴展功能時，要注意新增代碼不能影響原有代碼的穩(wěn)定性。在具體實施中，功能的增加盡可能采用代碼追加的方式實現(xiàn)，而不是重構(gòu)代碼，這樣雖然可能導(dǎo)致代碼冗余，但是程序的原有功能沒有改變，新增功能即使有問題，也可以迅速定位。

2.7 定期備份

定期備份的重要性不言而喻，最重要的是要形成習(xí)慣并長期堅持。此外，備份的對象不僅包括代碼，也應(yīng)包括開發(fā)環(huán)境等；備份的存儲對象，不僅在本機，也可實時備份到移動設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)；為了方便版本管理，可以利用git等優(yōu)秀工具；對于非常重要的代碼和文件，除了使用git進(jìn)行備份外，還應(yīng)進(jìn)行完全備份。

上述習(xí)慣對于高效程序設(shè)計有非常重要的作用，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）加速程序開發(fā)。先找到輪子可以讓程序開發(fā)基于已有的實現(xiàn)，而不需要從零開始編碼。

（2）減少出錯。讓程序先跑起來可以檢查程序的語法錯誤，同時可以動態(tài)調(diào)試程序，減少出錯；即時驗證可以立即驗證程序的語法和語義錯誤，將錯誤限定在最近一次修改中，便于快速定位錯誤。

（3）確保復(fù)雜程序的可靠性。從最簡出發(fā)使程序的邏輯遵循從簡單到復(fù)雜的順序，確保每個簡單程序的正確性，確保最終復(fù)雜程序的可靠性；無損迭代可以使程序在添加新功能后，原有功能的可靠性不受影響。

（4）提升協(xié)作效率。友好編碼可以使程序的編碼遵循統(tǒng)一風(fēng)格，提升團隊協(xié)作開發(fā)的效率。

（5）確保開發(fā)進(jìn)程的可靠性。定期備份可以確保整個開發(fā)進(jìn)行中所需資源的可靠性，避免資源丟失后的重復(fù)勞動。

3 實踐結(jié)果

近年來，筆者共隨機選取22人參加高效程序習(xí)慣的養(yǎng)成實踐，結(jié)果表明學(xué)員掌握程序設(shè)計技能的時間大幅縮短，且程序設(shè)計的水平相對普通學(xué)員普遍較高。參與該實踐的學(xué)員中，獲得畢業(yè)設(shè)計良好以上的有20人次，獲得全國軟件大賽一等獎9人次、二等獎7人次，還獲得多項大學(xué)程序競賽獎。在2013年，有學(xué)員作為江蘇高校的唯一代表，獲得第三屆中科杯全國軟件大賽一等獎（一等獎覆蓋率不到千分之三），是當(dāng)時軍隊院校參賽以來的最好成績；在2014年，學(xué)員獲得第五屆藍(lán)橋杯全國軟件大賽團隊賽選拔賽一等獎（一等獎覆蓋率不到百分之五），也是當(dāng)時軍隊院校參賽以來的最好成績；在2015年，參與實踐的4名本科合訓(xùn)學(xué)員作為軍隊唯一代表，參加首屆全國高校云計算應(yīng)用創(chuàng)新大賽，面對與全國14支985、211大學(xué)的博士、碩士團隊的競爭，他們沉著應(yīng)戰(zhàn)，獲得大賽最高獎項——特等獎，新華日報、解放軍報、網(wǎng)易新聞等對此進(jìn)行了報道。由于上述學(xué)員均來自“本科生導(dǎo)師制”隨機分配的學(xué)員，并未擇優(yōu)選取，因此樣本具有普遍性。

4 結(jié) 語

實踐結(jié)果表明，高效程序開發(fā)的七個習(xí)慣可以幫助學(xué)生在有限的時間內(nèi)，快速掌握程序設(shè)計技能，提升獨立解決問題的能力。要實現(xiàn)高效程序設(shè)計，僅僅明白上述七個習(xí)慣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，重要的是將它們轉(zhuǎn)化成程序設(shè)計中不易改變的習(xí)慣。因此，研究如何讓學(xué)員更高效和牢固地養(yǎng)成上述習(xí)慣是下一步工作的方向。

第一作者簡介：文艾，男，講師，研究方向為云計算、大數(shù)據(jù)開發(fā)，hdfsha@126.com，

參考文獻(xiàn)：

[1]丁金鳳. 基于計算思維的程序設(shè)計類課程教學(xué)實踐[J]. 計算機教育， 2012（15）： 65-68.

[2]陳杰華. 程序設(shè)計課程中強化計算思維訓(xùn)練的實踐探索[J]. 計算機教育， 2009（20）： 84-85.

[3]劉振華. 計算機應(yīng)用型本科人才程序設(shè)計能力培養(yǎng)[J]. 計算機教育， 2010（12）： 38-40.

（編輯：孫怡銘）