Program Development in Java Preface

farseerfc.wordpress.com 導入

程序開發原理

——抽象、規格與面向對象設計

Barbara Liskov 、John Guttag 著

楊嘉晨 等譯

關於翻譯風格:

多年來閱讀計算機類的著作及譯作,感覺總體的困難在於一大堆沒有標準譯名的技術術語。由於通行於工業界和學術界的還是英文原名和術語,我決定保留大量的英文術語。這樣的翻譯風格借鑑於臺灣著名的譯者和作者侯捷先生。對於譯與不譯的權衡,主要考慮閱讀的流暢,以及讀者的理解能力,或許難免帶有一些主觀色彩。

前言 Preface

構建產品級質量的程序——可以在很長一段時間內使用的程序——衆所周知是極其困難的。本書的目標就是改善程序員解決這項任務的效率。我希望讀者在閱讀本書之後成爲一名好程序員。我相信本書的成功在於改善編程技巧,因爲我的學生告訴我這已經發生在他們身上。

怎麼纔算是一名好程序員?是產生整個程序產品的效率。關鍵是要在每一階段減少浪費掉的努力。解決的方法包括:在開始編寫代碼之前就仔細考慮你的實現方案,通過未雨綢繆的方法來編寫代碼,使用嚴格的測試在早期發現錯誤,以及仔細注意模塊化編程,這樣當錯誤出現時,只需要改動極少數代碼就可以修正整個程序。本書涉及所有這些領域的技術。

模塊化編程(Modularity)是編寫好程序的關鍵。把程序分解成許多小模塊,每一個模塊通過良好定義的狹窄接口和別的模塊交互作用(interact)。有了模塊化,可以修正一部分程序中的錯誤而不考慮程序的其他部分,而且可以僅僅理解一部分程序而不必理解整個程序。沒有模塊化,程序是一大堆有着錯綜複雜的相互關係的部分的拼湊。很難去領悟和修改這樣一個程序,同樣也很難讓它正常工作。

因此本書的重點在於創建模塊化的程序:怎樣把程序組織成一系列精心挑選的模塊。本書認爲模塊化就是抽象(abstraction)。每一個模塊意味着一個抽象,比如說指引一系列文檔中的關鍵字的目錄,或者在文檔中使用目錄來查找匹配某個問題的文檔的過程。着重強調面向對象編程思想——在程序中使用數據抽象和對象的思想。

這本書使用Java作爲它的編程示例的語言。我們沒有假定讀者已經熟悉Java。儘管可能沒什麼價值,但是本書中的思想是語言無關的,並且可以在任何語言的編程中使用。

怎樣使用這本書? How Can the Book Be Used

本書《程序開發原理》有兩種使用方法。其一是作爲課本教材,講述如何用面向對象的方法來設計和實現複雜系統;其二是編程專家使用,幫助他們改善編程技能,增進他們的關於模塊化和Object-Oriented(面向對象)設計的知識。

作爲教材使用時,本書一般作爲第二或第三門程序設計課程。我們已經在MIT使用本書很多年,給大一大二的本科生教授第二門編程課。在這一階段,學生們已經知道怎樣編寫小程序。課程在兩方面利用這一點:讓學生更仔細地思考小程序,以及教他們如何利用小程序作爲組件構建大型程序。這本書也可以在專業(如軟件工程)後期教學中使用。

建立在本書基礎上的課程適合於所有計算機科學專業。儘管許多學生可能永遠不會成爲真正的大型程序的設計師,他們可以在開發部門工作,在那兒他們負責設計和實現能與整個結構耦合的子系統。模塊化設計的子系統是這種任務中心,這對那些從事大型程序設計任務的人來說也同樣重要。

這本書講什麼?What Is This Book About

通觀全篇三分之二的書致力於討論在構建獨立的程序模塊時產生的問題,剩下的部分討論怎樣運用這些模塊構建大型程序。

程序模塊Program Modules

這一部分的書集中討論抽象機制(abstraction mechanism)。它討論procedure(子程序)和exception(異常),數據抽象,遍歷(iteration)抽象,數據抽象系列(family)以及多態(polymorphic)抽象。

在對抽象的討論中,三個步驟是重要的。首先是決定被抽象的東西到底是什麼:它提供給它的用戶哪些行爲。創造抽象是設計的關鍵,因此本書討論如何在衆多選擇中挑選,以及怎樣才能創造出好的抽象。

第二步是通過爲一個抽象制定一個規格(specification)來獲取它的意義。如果沒有一些描述,一個抽象就會含糊不清,而變得沒有使用價值。specification則提供了需要的描述。本書定義了一種specification的格式,討論了一份好的specification應有的屬性,並且提供了許多示例。

第三步是實現抽象。本書討論怎樣設計一份實現,以及在簡潔性和執行性能之間怎樣權衡利弊。書中強調封裝(encapsulation)的重要性以及在一份實現中履行規格中定義的行爲的重要性。書中同樣提供一些技術——尤其是不變式斷言(representation invariant)和抽象函數(abstraction function)——來幫助讀者理解代碼和它的原因。不變式斷言和抽象函數都實現到儘可能的程度,這對於除錯和調試很有用。

關於類型層次(type hierarchy)的材料注重討論使用它作爲抽象的技術——一種把相關聯的一組數據抽象歸入同一系列的技術。這裏很重要的一點是,是否應當將一個類型作爲另一個類型的子類。本書定義了替換原則——通過比較子類和父類的specification,來決定是否建立子類關係的方法[1]

本書同樣涉及除錯和調試。書中討論怎樣得到足夠數量的測試情況,來準備通過黑箱和白箱測試,它同樣強調了複查(regression)測試的重要性。

編寫大型程序 Programming in the Large

本書的其後部分講解怎樣用模塊化的方法設計和實現大型程序。它建立在前文有關abstraction和specification的材料的基礎之上。

編寫大型程序涵蓋四個主要議題。首先講解需求分析——怎樣才能領悟程序中需要什麼。本書討論怎樣實施需求分析,也討論書寫產生的需求規格的方式,通過使用一種描述程序的抽象階段的數據模型。使用這種模型將產生一份更爲正式的specification,同時它也使需求檢查更加嚴格,這樣可以更好的領悟需求。

編寫大型程序的第二項議題是程序設計,這通常是一個循序漸進的過程。設計過程圍繞構建有用的抽象來組織,這些抽象作爲整個程序之中理想的構建組建。這些抽象在設計時被仔細的編寫規格,這樣當程序實現時,那些實現抽象的模塊可以獨立地開發。這種設計使用設計筆記編寫文檔,包括描述整個程序結構的模塊間依賴性的圖示。

第三項議題是實現和測試。本書討論了前置設計分析對於實現的必要性,以及怎樣進行設計複審。它同樣討論了設計和實現的順序。這一部分比較了自頂而下與自底而上的組織方式,討論如何使用驅動程序和佔位程序[2](stub),並且強調了制定一個事先的順序策略的必要性,以滿足開發組織和客戶的需求。

本書以一章設計模式(design pattern)結束。一些模式在前面的章節介紹過,比如遍歷抽象是算法的主要組建。最後的章節討論前文中沒有涉及到的模式。希望它作爲這一教材的介紹。有興趣的讀者可以繼續閱讀其它書中更完善的討論[3]

[1] 譯註:如果子類的specification包括了所有父類的specification,就是說父類的要求也是子類的要求,或者子類的要求更爲嚴格,那麼可以建立父子關係。而替換原則的說法是,對於具有父子關係的類,任何需要一個父類對象的地方,都可以替換爲一個子類對象。

[2] 譯註:在測試某一組建時,由於其餘組建還未實現,這一組建與其餘組建的接口銜接部分無法工作。此時可以針對這一組建編寫其餘組建的佔位程序(stub),預留出接口的銜接代碼。佔位代碼通常不做任何有價值的事情,只報告組建的銜接部位工作正常。

[3] 譯註:作者指的是設計模式的開山之作——《Design Patterns—Elements of Reusable Object-Oriented Software》,作者爲設計模式界著名的“四人幫”GoF(Gang of Four)。此書詳盡討論了三大類共23個廣泛使用的設計模式的適用範圍、依存關係、實現細節以及已有的應用領域等問題。書中以C++和Smalltalk爲示例語言,不過書中所涉及的模式適用於所有面向對象的語言。

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