程序開發原理
——抽象、規格與面向對象設計
Barbara Liskov 、John Guttag 著
關於翻譯風格：
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。
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。
這本書講什麼？What Is This Book About
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]。
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。
[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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