Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

Таким образом, фактор "интереса" ни в коем случае не является малозначительным. Те люди, которые становятся программистами или разработчиками, испытывают "интерес", когда их попытки, направленные на разрешение задачи, требуют от них изобретательности, но находятся в пределах их возможностей. Следовательно, "интерес" — это знак максимальной эффективности. Среды, в которых разработка программ становится тягостной, попусту "растрачивают" труд и творческое мышление, а впоследствии приводят к огромным скрытым затратам времени и средств.

Даже если бы Unix не характеризовалась иными достоинствами, то ее инженерную культуру стоило бы изучать для понимания тех ее особенностей, которые поддерживают интерес к разработке, поскольку именно этот фактор делает разработчика умелым и продуктивным.

1.5.7. Уроки Unix применимы в других операционных системах

Unix-программисты аккумулировали десятилетия опыта, пока наступил тот момент, когда функции новаторской операционной системы принимаются как должное. Даже программисты, не работающие с Unix, могут получить пользу от изучения данного опыта Unix. Так как Unix делает применение передовых принципов проектирования и методов разработки сравнительно простым, она является превосходной платформой для их изучения.

Другие операционные системы обычно делают хорошую практику более трудной, однако даже в этом случае можно использовать некоторые из уроков культуры Unix. Большая часть кода Unix (включая все ее фильтры, основные языки сценариев и многие генераторы кода) переносится непосредственно в любую операционную систему, поддерживающую ANSI С (по той причине, что язык С был "порождением" Unix, а библиотека ANSI С охватывает значительную часть Unix-служб).

1.6. Основы философии Unix

"Unix-философия" возникла вместе с ранними размышлениями Кена Томпсона о том, как сконструировать небольшую, но совершенную операционную систему с ясным служебным интерфейсом. Она развивалась по мере того, как Unix-культура изучала возможности получения максимального эффекта от проекта Томпсона, и в процессе этого развития впитывала уроки "предыдущей истории".

Философия Unix не является формальным методом проектирования. Она не была та свыше" как способ создания теоретически идеального программного обеспечения. Unix-философия (как удачные народные традиции в других инженерных дисциплинах) прагматична и основывается на опыте. Ее следует искать не в официальных методах и стандартах, а скорее в скрытых почти рефлекторных знаниях и опыте, который передается культурой Unix. Она культивирует чувство меры и достаточный скептицизм.

Дуг Макилрой, изобретатель каналов (pipes) в Unix и один из основателей Unix-традиции, сформулировал постулаты философии Unix следующим образом [52].

(i) Заставьте каждую программу хорошо выполнять одну функцию. Для решения новой задачи следует создавать новую программу, а не усложнять старые программы добавлением новых функций.

(ii) Будьте готовы к тому, что вывод каждой программы станет вводом другой, еще неизвестной программы. Не загромождайте вывод посторонней информацией. Избегайте строгих табличных или двоичных форматов ввода. Не настаивайте на интерактивном вводе.

(iii) Проектируйте и создавайте программное обеспечение, даже операционные системы, которые можно будет проверить в самом начале, в идеальном случае в течение нескольких недель. Без колебаний выбрасывайте громоздкие части и перестраивайте их.

(iv) Вместо неквалифицированной помощи используйте инструменты, облегчающие программирование, даже если инструменты приходится создавать "окольными" путями, зная, что некоторые из них будут удалены по окончании использования.

Позднее он обобщил эти положения (процитировано в книге "A Quarter Century of Unix" [74]).

Вот в чем заключается философия Unix: пишите программы, которые выполняют одну функцию и делают это хорошо; пишите программы, которые будут работать вместе; пишите программы, поддерживающие текстовые потоки, поскольку они являются универсальным интерфейсом.

Роб Пайк, который стал одним из великих мастеров языка С, в книге "Notes on С Programming" [62] предлагает несколько иной угол зрения.

Правило 1. Невозможно сказать, где возникнет задержка в программе. "Бутылочные горлышки" возникают в неожиданных местах, поэтому не следует пытаться делать предсказания и исправлять скорость до тех пор, пока не будет точно выяснено, где находится "бутылочное горлышко".

Правило 2. Проводите измерения. Не следует регулировать скорость до тех пор, пока не проведены измерения, и даже после измерений, если одна часть кода подавляет остальные.

Правило 3. Вычурные алгоритмы очень медленные, когда величина n является малой, а она обычно мала. Вычурные алгоритмы имеют большие константы. До тех пор, пока не известно, что n периодически стремится к большим значениям, не следует усложнять алгоритмы. (Даже если n действительно достигает больших значений, сначала используйте правило 2.)

Правило 4. Вычурные алгоритмы более склонны к появлению ошибок, чем простые, и их гораздо сложнее реализовать. Используйте простые алгоритмы, а также простые структуры данных.

Правило 5. Данные доминируют. Если выбраны правильные структуры данных и все организовано хорошо, то алгоритмы почти всегда будут очевидными. Для программирования центральными являются структуры данных, а не алгоритмы[8].

Правило 6. Правила 6 нет.

Кен Томпсон, спроектировавший и реализовавший первую Unix, усилил четвертое правило Пайка афористичным принципом, достойным Дзэн-патриарха:

В случае сомнений используйте грубую силу.

Гораздо сильнее Unix-философия была выражена не высказываниями старейшин, а их действиями, которые воплощает сама Unix. В целом, можно выделить ряд идей.

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

2. Правило ясности: ясность лучше, чем мастерство.

3. Правило композиции: следует разрабатывать программы, которые будут взаимодействовать с другими программами.

4. Правило разделения: следует отделять политику от механизма и интерфейсы от основных модулей.

5. Правило простоты: необходимо проектировать простые программы и "добавлять сложность" только там, где это необходимо.

6. Правило расчетливости: пишите большие программы, только если после демонстрации становится ясно, что ничего другого не остается.

7. Правило прозрачности: для того чтобы упростить проверку и отладку программы, ее конструкция должна быть обозримой.

8. Правило устойчивости: устойчивость— следствие прозрачности и простоты.

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

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

11. Правило тишины: если программа не может "сказать" что-либо неожиданное, то ей вообще не следует "говорить".

12. Правило исправности: когда программа завершается аварийно, это должно происходить явно и по возможности быстро.

13. Правило экономии: время программиста стоит дорого; поэтому экономия его времени более приоритетна по сравнению с экономией машинного времени.

14. Правило генерации: избегайте кодирования вручную; если есть возможность, пишите программы для создания программ.

15. Правило оптимизации: создайте опытные образцы, заставьте их работать, прежде чем перейти к оптимизации.

16. Правило разнообразия: не следует доверять утверждениям о "единственно верном пути".

17. Правило расширяемости: проектируйте с учетом изменений в будущем, поскольку будущее придет скорее, чем кажется.

Новичкам в Unix стоит поразмышлять над данными принципами. Технические тексты по разработке программного обеспечения рекомендуют большую их часть, однако в других операционных системах, как правило, имеется недостаток необходимых средств и традиций для их внедрения, поэтому большинство программистов не могут применять их последовательно. Они принимают несовершенные инструменты, плохие конструкции, перенапряжение и распухший код как должное, а впоследствии удивляются, почему все это раздражает поклонников Unix.

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.