Искусство программирования для Unix - Эрик Реймонд

Одна из основных трудностей проектирования в стиле Unix состоит в комбинации достоинств отделения (упрощение и обобщение проблем из их исходного контекста) с достоинствами тонкого связующего уровня и плоских, простых и прозрачных иерархий кода и конструкции.

Некоторые из этих моментов будут повторно рассматриваться при обсуждении объектно-ориентированных языков программирования в главе 14.

4.6. Создание модульного кода

Модульность выражается в хорошем коде, но главным образом она является следствием хорошего проектирования. Ниже приведен ряд вопросов о разрабатываемом коде, ответы на которые могут помочь программисту в улучшении модульности кода.

• Сколько глобальных переменных присутствует в коде? Глобальные переменные — разрушители модульности, простой способ передачи информации из одних компонентов в другие неаккуратным и беспорядочным путем[47].

• Остаются ли размеры отдельных модулей в пределах зоны наилучшего восприятия Хаттона? Если это не так, то возможно появление долговременных проблем при сопровождении. Известны ли пределы зоны наилучшего восприятия для данного программиста? Известны ли пределы зоны для других сотрудничающих программистов? Если нет, то наилучшим решением будет придерживаться консервативной точки зрения и сохранять размеры, ближайшие к нижней границе диапазона Хаттона.

• Не слишком ли крупные отдельные функции в модулях? Это не столько вопрос количества строк кода, сколько его внутренней сложности. Если неформально в одной строке невозможно описать взаимодействие функции и вызывающей ее программы, то, вероятно, размер функции слишком велик[48].

Лично я склонен разбивать подпрограмму, когда в ней слишком много локальных переменных. Другой признак — уровни отступов (их слишком много). Я редко смотрю на длину.

Кен Томпсон.

• Имеет ли код внутренние API-интерфейсы — т.е. наборы вызовов функций и структур данных, которые можно описать как цельные блоки, каждый из которых изолирует некоторый уровень функций от остальной части кода? Хороший API имеет смысл и понятен без рассмотрения скрытой в нем реализации. Классическая проверка заключается в том, чтобы попытаться описать API другому программисту по телефону. Если это не удалось, то весьма вероятно, что интерфейс слишком сложен и спроектирован неудачно.

• Имеет ли любой из разрабатываемых API-интерфейсов более семи входных точек? Имеет ли какой-либо из классов более семи методов? Имеют ли структуры данных более семи членов?

• Каково распределение входных точек в каждом модуле проекта?[49] Не кажется ли распределение неравномерным? Действительно ли в некоторых модулях необходимо такое большое количество входных точек? Сложность модуля также растет, как квадрат числа входных точек — еще одна причина того, что простые API лучше, чем сложные.

Может оказаться полезным сравнение данных вопросов с перечнем вопросов о прозрачности и воспринимаемости в главе 6.

5

Текстовое представление данных: ясные протоколы лежат в основе хорошей практики

В данной главе рассматриваются традиции Unix в аспекте двух различных, но тесно связанных друг с другом видов проектирования: проектирования форматов файлов для сохранения данных приложений в постоянном хранилище памяти и проектирования протоколов прикладного уровня для передачи (возможно, через сеть) данных и команд между взаимодействующими программами.

Объединяет оба вида проектирования то, что они задействуют сериализацию структур данных. Для внутренней работы компьютерных программ наиболее удобным представлением сложной структуры данных является то, в котором все поля имеют характерный для конкретной машины формат данных (например, представление целых чисел со знаком в двоичном дополнительном коде) и все указатели являются абсолютными адресами памяти (в противоположность, например, именованным ссылкам). Однако такие формы представления не подходят для хранения и передачи. Адреса памяти в структуре данных теряют свое значение за пределами оперативной памяти, и выпуск необработанных собственных форматов данных приводит к проблемам взаимодействия при передаче данных между машинами с различными соглашениями (например, с обратным и прямым порядком следования байтов или между 32- и 64-битовой архитектурами).

Для передачи и хранения передаваемое квази-пространственное расположение структур данных, таких как связные списки, должно быть сглажено или сериализовано в представление потока байтов, из которого впоследствии можно будет восстановить исходную структуру. Операция сериализации (сохранения) иногда называется маршалингом (marshaling), а обратная ей операция (загрузка) — демаршалингом (unmarshaling). Данные термины применимы по отношению к объектам в ОО-языках программирования, таких как С++, Python или Java, вместе с тем они в равной степени применимы для таких операций, как загрузка графического файла во внутреннюю память графического редактора и сохранение файла после модификации.

Значительной частью того, что поддерживают программисты на С и С++, является специальный код для операций маршалинга и демаршалинга, даже если выбранная форма представления для сохранения и восстановления также проста как дамп бинарной структуры (распространенная методика в не Unix-средах). Современные языки, такие как Python и Java, имеют встроенные функции демаршалинга и маршалинга, которые применимы к любому объекту или потоку байтов, представляющему объект, и в значительной степени сокращают трудозатраты.

Однако эти простые методы часто неудовлетворительны в силу различных причин, включая упомянутые выше проблемы взаимодействия между машинами, а также ту негативную особенность, которая связана с их непрозрачностью для других средств. В ситуации, когда приложение представляет собой сетевой протокол, исходя из соображений экономичности, иногда целесообразно представлять внутреннюю структуру данных (такую, например, как сообщение с адресами отправителя и получателя) не в виде одного большого двоичного объекта данных, а в виде последовательности транзакций или сообщений, которые могут быть отклонены принимающей машиной (так что, например, большое сообщение, может быть отклонено, если адрес получателя указан неверно).

Способность к взаимодействию, прозрачность, расширяемость и экономичность хранения или транзакций — важнейшие темы в проектировании форматов файлов и прикладных протоколов. Способность к взаимодействию и прозрачность требуют, чтобы при проектировании таких конструкций основное внимание было уделено четким формам представления данных, а не удобству реализации или максимальной производительности. Расширяемость также благоприятствует текстовым протоколам, так как двоичные протоколы часто труднее расширять или четко разделять на подмножества. Экономичность транзакций иногда заставляет двигаться в противоположном направлении, однако следует понимать, что выдвижение данного признака на первый план является некоторой формой преждевременной оптимизации. Более дальновидным будет все же противостоять ей.

Наконец, необходимо отметить отличие между форматами файлов данных и конфигурационных файлов, которые часто используются для установки параметров запуска Unix-программ. Самое основное отличие заключается в том, что (за редкими исключениями, такими как конфигурационный интерфейс редактора GNU Emacs) программы обычно не изменяют свои конфигурационные файлы — информационный поток является односторонним (от файла, считываемого при запуске, к настройкам приложения). С другой стороны, форматы файлов данных связывают свойства с именованными ресурсами, и такие файлы считываются и записываются соответствующими приложениями. Конфигурационные файлы, как правило, редактируются вручную и имеют небольшие размеры, тогда как файлы данных генерируются программами и могут достигать произвольных размеров.

Исторически Unix обладает связанными, но различными наборами соглашений для данных двух видов представления. Соглашения для конфигурационных файлов рассматриваются в главе 10; в данной главе описываются только соглашения для файлов данных.

5.1. Важность текстовой формы представления

Каналы и сокеты передают двоичные данные так же, как текст. Однако есть важные причины, для того чтобы примеры, рассматриваемые в главе 7, были текстовыми: причины, связанные с рекомендацией Дуга Макилроя, приведенной в главе 1. Текстовые потоки являются ценным универсальным форматом, поскольку они просты для чтения, записи и редактирования человеком без использования специализированных инструментов. Данные форматы прозрачны (или могут быть спроектированы как таковые).