高效程序設計的七個習慣

文艾+陳衛衛

（解放軍理工大學 指揮信息系統學院，江蘇 南京 210007）

摘 要：分析大學生難以掌握程序設計技能的問題，提出學生的程序設計習慣是導致上述問題的關鍵因素。根據程序設計和教學方面的經驗，總結出高效程序設計的七個習慣，并說明實踐過程，最后指出這些習慣可有效提高學員的程序設計效率。

關鍵詞：程序設計；習慣；編碼；迭代

1 背 景

程序設計是計算機及相關專業學生必須掌握的一門重要技能。然而，從歷年畢業生的學習情況來看，能夠較好地掌握程序設計能力的學生只是一小部分，還有相當一部分學生無法順利地設計程序，甚至不會編程，其中不乏高分學生。為何同樣的課程設置、同樣的教材，甚至同一個教師，學習結果有如此差異？針對上述問題，已有很多研究和解決方案[1-3]。筆者從學生個體差異的角度進行分析，認為智力不是上述問題的關鍵因素，因為對同一所大學的學生來說，除特別突出者，絕大部分學生處在同一水平，而每個學生在程序設計學習和實踐過程中的個人習慣，才是導致上述現象的關鍵因素。

為此，筆者根據程序設計開發和教學方面的經驗，總結出高效程序設計的七個習慣，并利用學院的本科生導師制，將這些習慣的養成貫穿到人才培養的各個方面。

2 高效程序設計的七個習慣

高效程序設計的七個習慣分別是：①先找輪子；②從最簡出發；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

在進行程序設計之前，不要急于開始編碼，而是要盡可能地找到與設計目標相對應的實現，稱之為“輪子”。在互聯網上，程序設計的資源非常豐富，尤其隨著開源運動的蓬勃發展，小到一個簡單的Hello World程序，大到操作系統，都有開源實現。對于初學者，先找到輪子，就可以站在巨人的肩膀上，快速進入某個專業領域。比如，設計一個分布式文件系統，如果從零開始，會非常復雜，如果能找到MFS（一個開源的分布式文件系統），就可以從使用、設計到編碼實現，全方位地進行學習和借鑒，會大大節省時間，并迅速累積經驗；又如，JPEG圖片的編碼和解壓功能，如果從零開始實現，不但需要掌握JPEG算法原理，還要考慮實現的效率，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，然后在此基礎上進行修改，適配需求，就會大大節省時間。

2.2 從最簡出發

設計一個復雜程序的時候，不要試圖一次實現整個程序，應該先實現其最核心的功能，然后進行多次迭代，形成最終的版本。程序從本質上講，就是邏輯的組合，一次實現這些復雜的邏輯，對開發者來說，可能無法把控，有時即便實現了，穩定性也無法保證。在實現之前，可以先對這些邏輯進行分解，確定哪些是核心、是不可再分的，哪些可以后續進行組合，再按照先核心、后外圍的順序進行開發。比如，要實現一個聊天軟件，其最核心的功能就是網絡通信，因此，可以先實現Server端和Client端的網絡通信，然后在此基礎上定義消息、完善功能。又如，用硬件語言實現CPU時，如果先對指令進行分類，然后實現代表指令，構建數據通路，后續的指令就可以線性添加，不需要改變數據通路和狀態機，只需要改變控制信號，這樣整個CPU的復雜邏輯就可以實現。

2.3 讓程序先跑起來

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

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范，具體來說包括文件、目錄、變量、函數的命名規則、代碼縮進與對齊、注釋風格等。不同的語言有不同的規定，例如C語言的代碼風格和Java語言就有所區別，即使是同一種語言，也可能有多種風格，應盡量選取大多數人遵循的風格。再如，在Linux平臺下設計C程序，就可以參照內核代碼或者平臺軟件（如GCC）的代碼風格。

2.5 即時驗證

即時驗證是指對代碼進行一定修改后，要及時驗證，有效防止錯誤的累積。由于修改前的代碼已經過驗證，因此，修改后如果出現錯誤，可以根據提示信息，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，就應立即進行語法驗證，即重新編譯、鏈接代碼；而一旦完成某個邏輯功能的修改，應立即進行語義驗證，運行相應的測試用例。

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，而不是重構代碼，這樣雖然可能導致代碼冗余，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慣并長期堅持。此外，備份的對象不僅包括代碼，也應包括開發環境等；備份的存儲對象，不僅在本機，也可實時備份到移動設備或者網絡；為了方便版本管理，可以利用git等優秀工具；對于非常重要的代碼和文件，除了使用git進行備份外，還應進行完全備份。

上述習慣對于高效程序設計有非常重要的作用，具體體現在以下幾個方面。

（1）加速程序開發。先找到輪子可以讓程序開發基于已有的實現，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，同時可以動態調試程序，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）確保復雜程序的可靠性。從最簡出發使程序的邏輯遵循從簡單到復雜的順序，確保每個簡單程序的正確性，確保最終復雜程序的可靠性；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）提升協作效率。友好編碼可以使程序的編碼遵循統一風格，提升團隊協作開發的效率。

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

3 實踐結果

近年來，筆者共隨機選取22人參加高效程序習慣的養成實踐，結果表明學員掌握程序設計技能的時間大幅縮短，且程序設計的水平相對普通學員普遍較高。參與該實踐的學員中，獲得畢業設計良好以上的有20人次，獲得全國軟件大賽一等獎9人次、二等獎7人次，還獲得多項大學程序競賽獎。在2013年，有學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），是當時軍隊院校參賽以來的最好成績；在2014年，學員獲得第五屆藍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名本科合訓學員作為軍隊唯一代表，參加首屆全國高校云計算應用創新大賽，面對與全國14支985、211大學的博士、碩士團隊的競爭，他們沉著應戰，獲得大賽最高獎項——特等獎，新華日報、解放軍報、網易新聞等對此進行了報道。由于上述學員均來自“本科生導師制”隨機分配的學員，并未擇優選取，因此樣本具有普遍性。

4 結 語

實踐結果表明，高效程序開發的七個習慣可以幫助學生在有限的時間內，快速掌握程序設計技能，提升獨立解決問題的能力。要實現高效程序設計，僅僅明白上述七個習慣遠遠不夠，重要的是將它們轉化成程序設計中不易改變的習慣。因此，研究如何讓學員更高效和牢固地養成上述習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、大數據開發，hdfsha@126.com，

參考文獻：

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

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

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

（編輯：孫怡銘）