Страница:
Я пойду дальше и стану утверждать, что на практике клиенты, даже вместе с инженерами-программистами, не в состоянии указать полно, строго и корректно точные требования к современному программному продукту, прежде чем будут созданы и опробованы какие-либо версии продукта, спецификации к которому они составляют.
Поэтому одним из наиболее многообещающих современных направлений в технологии, причем обращенных к сущности, а не к акциденциям проблем программирования, является разработка подходов и инструментов для быстрого создания макетов систем как части итеративного процесса разработки спецификаций.
Макет программной системы моделирует главные интерфейсы и выполняет основные функции предполагаемой системы, при этом не обязательно будучи связан теми же ограничениями быстродействия компьютера, размера или стоимости. Обычно макеты выполняют основные задачи системы, но не пытаются обрабатывать исключительные ситуации, правильно реагировать на ввод недопустимых данных, корректно прерывать работу и т.д. Назначение макета — показать, как воплощается выбранная концептуальная структура, чтобы клиент мог проверить ее пригодность к использованию и непротиворечивость.
Сегодня многие процедуры приобретения программного обеспечения основываются на предположении, что можно заранее задать технические требования для желаемой системы, рассмотреть предложения разработчиков, получить разработанную систему и установить ее. Я думаю, что такое предположение в корне неверно, и из-за этой ошибки проистекают многие проблемы при приобретении программ, поскольку эти проблемы нельзя устранить без пересмотра основ, для которого требуется интерактивная разработка и спецификации макетов и продуктов.
Пошаговая обработка: наращивать программу, а не строить сразу. Я до сих пор помню испытанный в 1958 году удар, когда впервые услышал, как мой друг говорил о строительстве (building) программ в противоположность написанию (writing). В мгновение он расширил все мое представление о процессе программирования. Применение метафоры было сильным и точным. Сегодня мы понимаем, что сходство существует между созданием программы и другими строительными процессами, и свободно используем другие элементы метафоры, такие как спецификации (specifications), сборка компонентов (assembly of components), леса (scaffolding).
Метафора строительства пережила свое время. Пора снова вносить изменения. Если, как я считаю, создаваемые сегодня концептуальные структуры слишком сложны, чтобы их можно было точно специфицировать заранее, и слишком сложны, чтобы строить без ошибок, тогда нужен радикально иной подход.
Обратимся к природе и рассмотрим сложность живых созданий, а не безжизненных творений человека. Там мы обнаруживаем конструкции, сложность которых вселяет в нас ужас. Один только мозг настолько сложен, что невозможно составить его схему. Его мощь невозможно повторить, он богат своеобразием, способен к самосохранению и самообновлению. Секрет в том, что мозг растет, а не строится.
Так же должны создаваться наши программные системы. Несколько лет назад Харлан Миллз предложил наращивать программные системы путем пошаговой разработки. [11] Это значит, что сначала систему надо заставить выполняться, даже если при этом она не делает ничего полезного, кроме вызова некоторого числа фиктивных подпрограмм. Затем она понемногу обрастает мясом, причем подпрограммы, в свою очередь, разрабатываются сначала как вызовы пустых фиктивных подпрограмм, находящихся на уровень ниже.
Настаивая на применении этой технологии разработчиками проектов на моих лабораторных занятиях по программной инженерии, я стал свидетелем поразительных результатов. За последнее десятилетие ничто другое не оказало столь сильного влияния на мою собственную работу и ее эффективность. Этот подход предполагает нисходящее проектирование, поскольку это — нисходящее наращивание программы. Он позволяет легко отслеживать работу в обратном направлении. Он предоставляет возможность раннего создания макетов. Каждая новая функция или возможность работы с более сложными данными или условиями органически вырастают на того, что уже имеется.
Воздействие на моральный дух ошеломительное. Когда есть хотя бы простая работающая система, возрастает энтузиазм. Энергия удваивается, когда на экране появляется картинка из новой графической программной системы, даже если это всего лишь прямоугольник. И на каждой стадии процесса разработки существует работающая система. Я считаю, что за одинаковые сроки команда может нарастить значительно более сложный объект, чем построить.
В больших проектах можно ощутить такие же выгоды, как и в моих маленьких. [12]
Выдающиеся проектировщики. Главная проблема совершенствования искусства программирования заключена, как всегда, в людях.
Мы можем добиваться хороших проектов, следуя хорошим, а не плохим практическим приемам. Хорошим приемам можно обучать. Программисты принадлежат к наиболее интеллектуальной части общества, следовательно, они в состоянии изучать хорошие приемы. Поэтому важнейшим направлением в Соединенных Штатах является распространение хороших современных приемов. Новые курсы, новые издания, новые организации, такие как Институт инженеров-программистов (Software Engineering Institute) — все это вызвано к жизни стремлением повысить уровень наших практических приемов. Это совершенно правильно.
Тем не менее, я считаю, что мы не сможем подняться еще на одну ступеньку выше, действуя в этом направлении. Выбор правильного метода проектирования определяет различия между плохим и хорошим концептуальным проектом, но не между хорошим и выдающимся. Выдающиеся проекты создаются выдающимися проектировщиками. Создание программ является творческим процессом. Крепкая методология может придать силу и освободить творческий ум, но она не может воспламенить или вдохновить того, кто занят нудной работой.
И разница немалая — это как Сальери и Моцарт. Одно исследование за другим показывают, что лучшие проектировщики создают структуры, которые быстрее, меньше по размеру, проще, понятнее и разработаны меньшими усилиями. Различия между выдающимся и средним достигают порядка величины.
Нетрудно проследить, что ряд хороших и полезных программных систем проектировался комиссиями и создавался с помощью проектов, состоявших из многих частей. Но программные системы, вызвавшие восхищение страстных поклонников, являются продуктом одного или небольшого числа выдающихся проектировщиков. Посмотрите на Unix, APL, Pascal, интерфейс Smalltalk и даже Fortran — с одной стороны, и Cobol, PL/I, Algol, MVS/370 и MS-DOS — с другой (рис. 16.1).
Рис. 16.1 Имеются ли у этих продуктов страстные поклонники?
Поэтому, высоко ценя нынешние программы передачи технологий и развития обучения, я считаю, что наиболее важной программой, которую мы можем предпринять, является развитие способов воспитания выдающихся проектировщиков.
Ни одна занятая в программировании организация не может игнорировать эту проблему. Хороших менеджеров, как бы мало их ни было, не меньше, чем хороших проектировщиков. Как выдающиеся проектировщики, так и выдающиеся менеджеры встречаются редко. В большинстве организаций значительные усилия тратятся на поиска и выращивание подающих надежды менеджеров. Я не слышал, чтобы кто-либо тратил такие же усилия на поиски и развитие выдающихся проектировщиков, от которых, в конечном счете, зависит техническое превосходство продуктов.
Первое мое предложение состоит в том, чтобы каждая занятая в программировании организация определила для себя и провозгласила, что выдающиеся проектировщики имеют для ее успеха такое же большое значение, как и выдающиеся менеджеры, и что они могут рассчитывать на такие же заботу и вознаграждение. Не только зарплата, но и атрибуты положения — размеры офиса, мебель, техническое оборудование, командировочные фонды, обеспеченность сотрудниками — должны быть полностью равнозначны.
Как растить выдающихся проектировщиков? Место не позволяет обсуждать это пространно, но вот некоторые очевидные шаги:
• Систематически и как можно раньше выявлять первоклассных проектировщиков. Лучшие — не всегда самые опытные.
• Назначить наставника, ответственного за рост перспективного проектировщика и тщательно следить за его карьерой.
• Разработать и осуществлять план служебного роста для каждого перспективного проектировщика, включающий тщательно продуманное обучение у передовых проектировщиков, периоды дополнительного формального обучения, краткосрочные курсы, перемежающиеся с самостоятельным проектированием и назначением на руководящие технические должности.
• Обеспечить возможности для взаимодействия и взаимного стимулирования растущих проектировщиков.
Об оборотнях и прочих мифических ужасах
«Серебряной пули нет: сущность и акциденция в программной инженерии» (глава 16 данной книги) первоначально была заказным докладом для конференции IFIP (Международной федерации по обработки информации) 1986 года в Дублине и была опубликована в ее трудах. [1] Журнал «Computer» перепечатал ее под обложкой в готическом стиле, иллюстрируя кадрами из фильмов, таких как «Вервольф из Лондона», [2] и снабдив боковым полем «Убить вервольфа» с изложением современной легенды о том, что справиться с ним можно только с помощью серебряной пули. До публикации я не знал об иллюстрациях, и для меня было неожиданностью, что серьезная техническая статья была так красочно издана.
Однако редакторы «Computer» знали свое дело и достигли желаемого результата: похоже, что статью прочли многие. Поэтому я подобрал для той главы еще одну картинку с оборотнем — старинное изображение почти забавного создания. Надеюсь, что эта менее яркая картинка окажет такое же полезное действие.
Серебряная пуля все-таки есть — ВОТ ОНА!
«Серебряной пули нет» утверждает и доказывает, что в течение десятилетия (с момента публикации статьи в 1986 году) ни одна разработка в области техники программного обеспечения не позволит повысить производительность труда в программировании на порядок. Из этого десятилетия прошло уже девять лет, и можно посмотреть, насколько сбывается предсказание.
В то время как «Мифический человеко-месяц» породил частое цитирование и мало споров, статья «Серебряной пули нет» вызвала статьи с опровержениями и письма в редакции журналов, поток которых не прекратился и по сей день. [3] Чаще всего критикуется главное утверждение о том, что волшебного решения нет, и мое ясно выраженное мнение о том, что его и быть не может. Большинство соглашается с основной частью моих аргументов в «СПН», но затем заявляет, что в действительности серебряная пуля для программного зверя существует, и изобрел ее автор. Перечитывая сегодня ранние отклики, не могу не отметить, что патентованные средства, столь энергично предлагавшиеся в 1986 и 1987 годах, не возымели эффекта, на который претендовали.
Я обычно покупаю компьютеры и программы, проверяя их на «счастливом обладателе», т.е. беседуя с вызывающими доверие людьми, заплатившими деньги за продукт и пользующимися им с удовольствием. Аналогично, я с готовностью поверю в материализацию серебряной пули, когда вызывающий доверие независимый пользователь выступит вперед и скажет: «Я использовал эту методологию, этот инструмент или продукт, и это позволило мне в десять раз повысить производительность разработки программ».
Многие корреспонденты сделали верные поправки и разъяснения. Некоторые проанализировали статью пункт за пунктом и привели возражения, за что я им благодарен. В этой главе я хочу сообщить о сделанных поправках и ответить на опровержения.
Неясное изложение влечет непонимание
Судя по некоторым откликам, мне не удалось четко изложить свои аргументы.
Второстепенное свойство (accident). В резюме главы 16 я постарался со всей возможной ясностью изложить основные аргументы «СПН». Некоторые, однако, были смущены терминами второстепенное свойство (accident) и несущественный, второстепенный (accidental), которые я использовал в старом употреблении, восходящем к Аристотелю. [4] Под accidental я не имел в виду «случайный» или «относящийся к несчастному случаю», а скорее, «несущественный», «побочный» (incidental) или «принадлежащий» (appurtinent).
Я не хочу порочить роль случайности при разработке программ. Вслед за английским драматургом, автором детективов и теологом Дороти Сэйерс (Dorothy Sayers) я рассматриваю всякую творческую деятельность, как состоящую из: а) формулирования концептуальных конструкций, б) воплощения в реальном материале и в) диалога с пользователем в реальной жизни. [5] Та часть построения программы, которую я назвал сущностью (essence), состоит из умственной работы создания концепутальной конструкции, а та, которую я назвал второстепенной (accident), есть процесс ее воплощения.
Выяснение истины. Мне кажется (хотя не все со мной согласны), что верность центрального аргумента сводится к выяснению ответа на вопрос: какая доля затрат связана с точным и упорядоченным представлением концептуальной конструкции, а какая — с умственными усилиями по изготовлению этих конструкций. Поиск и устранение ошибок попадают в тот или иной раздел в зависимости от того, являются ли ошибки концептуальными (например, пропуск какого-либо особого случая) или ошибками представления (например, ошибка в указателе или распределения памяти).
Мое личное мнение состоит в том, что второстепенная или направленная на представление часть работы сейчас снизилась до половины или менее того от общего объема. Поскольку эта доля является экспериментальной величиной, ее значение, в принципе, можно получить путем измерений. [5] Если это не удается, мою оценку можно поправить на основе более полных и более современных данных, но ни в публичных, ни в частных заявлениях никто не утверждал, что неосновная часть достигает величины 9/10.
«СПН» с несомненностью доказывает, что если доля неосновной части работы меньше 9/10, то даже сведя ее к нулю (что было бы чудом), нельзя получить рост продуктивности на порядок. Атаку необходимо нацелить на существенную часть.
После появления «СПН» Брюс Блум (Bruce Blum) обратил мое внимание на работу 1959 года Герцберга, Мознера и Зейдермана (Herzberg, Mausner, Sayderman). [7] Они находят, что факторы мотивации могут увеличить производительность. С другой стороны, факторы окружения и второстепенные факторы, сколь бы они ни были положительны, не могут этого сделать, но, будучи отрицательными, могут уменьшить производительность. В «СПН» доказывается, что значительная часть прогресса в программной инженерии достигнута за счет устранения влияния следующих отрицательных факторов: крайне неудобных машинных языков, пакетной обработки с долгой оборачиваемостью, слабого инструментария и строгих ограничений на размер памяти.
Являются ли в таком случае безнадежными трудности, связанные с сущностью? Отличная работа «Серебряная пуля есть», написанная Бредом Коксом (Bred Cox) в 1990 году, красноречиво доказывает, что многократно используемые и взаимозаменяемые компоненты должны послужить основой для атаки на концептуальную сущность проблемы. [8] Я охотно соглашаюсь.
Однако Кокс неправильно понимает «СПН» в двух отношениях. Во-первых, он находит в ней утверждение того, что трудности разработки программного обеспечения проистекают из «некоторых порогов технологий, использовавшихся программистами в то время». Я же доказывал, что трудности, связанные с сущностью, являются неотъемлемой частью концептуальной сложности разрабатываемых программных функций во все времена и при любых методах. Во-вторых, он и многие другие прочли в «СПН» утверждение того, что нет никаких надежд успешно справиться со сложностями разработки программ, связанными с вопросами сущности. Это не то, что я имел в виду. Создание концептуальной конструкции действительно имеет внутренне присущие трудности, такие как сложность, согласованность, изменяемость и незримость. Однако неприятности, вызываемые всеми этими трудностями, можно уменьшить.
Сложность разделения на уровни. Например, наиболее серьезной внутренней трудностью является сложность, но она не всегда неизбежна. Значительная часть (но не вся) концептуальной сложности в наших программных конструкциях проистекает от произвольной сложности самих применений. Действительно, Ларс Седаль из MYSYGMA Sohdal and Partners, международной консалтинговой фирмы в области менеджмента, пишет:
Мой опыт показывает, что все сложности, с которыми сталкиваются при разработке систем, являются признаками организационных неполадок. Попытка моделирования практической деятельности программами соответствующей сложности влечет сохранение неразберихи вместо решения проблем.
Стив Лукашик (Steve Lukasik) из Northrop доказывает, что даже организационная сложность, возможно, не является произвольной, а может испытывать воздействие принципов упорядочения:
Я получил образование в облати физики и поэтому вижу, что «сложные» вещи могут быть описаны на языке более простых понятий. Вы можете быть правы, и я не стану утверждать, что все сложные вещи поддаются принципам упорядочения… по тем же правилам доказательства нельзя утверждать, что не поддаются.
…То, что вчера было сложностью, завтра будет в порядке вещей. Сложность беспорядочного движения молекул привела к возникновению кинетической теории газов и открытию трех законов термодинамики. Сейчас программное обеспечение не позволяет увидеть присущие ему принципы упорядочения, но вы как раз и должны объяснить, почему это происходит. Это не проявление моей бестолковости или желания поспорить. Я убежден, что в один прекрасный день «сложность» программного обеспечения будет объяснена на языке каких-нибудь понятий более высокого порядка (инвариантов, как говорят физики).
Я не занимался более глубоким анализом, к которому справедливо призывает Лукашик. Как отрасль науки мы нуждаемся в развитии теории информации для количественной оценки информационного содержания статистических структур, подобно тому, как теория Шэннона делает это для информационных потоков. Это совсем не моя задача. Лукашику я просто отвечу, что сложность системы является функцией мириадов деталей, каждая из которых должна быть точно задана либо с помощью какого-нибудь общего правила, либо подробным описанием, но не просто статистически. Представляется весьма сомнительным, чтобы несогласованные результаты работы многих голов оказались достаточно связными, чтобы быть точно описанными общими правилами.
Значительно большая часть сложности программных конструкций обусловлена, однако, не соответствием внешнему миру, а самой реализацией — структурами данных, алгоритмами, способами коммуникаций. Наращивание программ с помощью больших блоков высокого уровня, созданных когда-то раньше или кем-то другим, помогает избежать целых уровней сложности. «СПН» провозглашает поход на проблему сложности в полной надежде, что можно достичь прогресса. Она выступает за добавление к программной системе необходимой сложности:
• иерархически, располагая модули или объекты по уровням;
• пошагово, что обеспечивает постоянную работоспособность системы.
Анализ Харела
Дэвид Харел (David Harel) в статье 1992 года «Кусая серебрянную пулю» предпринимает самый тщательный анализ «СПН» из всех опубликованных. [9]
Пессимизм против оптимизма и реализма. Харел рассматривает как «СПН», так и статью Парнаса 1984 года «Программные аспекты стратегических оборонительных систем» [10] как «слишком унылые». Он намеревается высветить более яркую сторону проблемы, предпосылая статье подзаголовок «К светлому будущему порграммных разработок». Так же, как и Кокс, Харел считает «СПН» пессимистической, говоря: «Если взглянуть на те же факты с другой точки зрения, возникают более оптимистические выводы». Оба они неправильно воприняли тональность статьи.
Прежде всего, моя жена, коллеги и редакторы считают, что я гораздо чаще впадаю в неоправданный оптимизм, чем в пессимизм. В конце концов я по происхождению программист, а оптимизм — это профессиональная болезнь данного ремесла.
В «СПН» прямо сказано: «Вглядываясь в предстоящее десятилетие, мы не видим серебряной пули… Однако скептицизм не есть пессимизм… Нет царского пути, но путь есть». Она предсказывает, что нововведения, происходящие в 1986 году, будучи разработаны и использованы, в совокупности действительно позволят достичь роста производительности на порядок. Десятилетие 1986-1996 подходит к концу, и это предсказание оказывается, скорее, слишком оптимистичным, а не мрачным.
Даже если бы все без исключения считали «СПН» пессимистической, что в этом худого? Является ли утверждение Эйнштейна о том, что ничего не может перемещаться со скоростью, большей скорости света, «унылым» и «мрачным»? А как насчет результатов Геделя о том, что некоторые вещи невычислимы? «СПН» пытается утверждать, что «сама сущность программного обеспечения делает маловероятным открытие «серебряных пуль» когда-либо в будущем». Турский в своем отличном ответном докладе на конференции IFIP красноречиво заявил:
Из всех попыток науки продвинуться в ложном направлении наиболее возвышенны те, которые были направлены на поиск философского камня — вещества, с помощью которого предполагалось обращать простые металлы в золото. Высшая цель алхимии, к которой с рвением стремились поколения исследователей, щедро финансировавшиеся светскими и духовными правителями, — это в чистом виде стремление принимать желаемое за действительное и общепринятое мнение, что вещи таковы, какими мы хотели бы их видеть. Это очень по-человечески. Нужно сделать над собой большое усилие, чтобы смириться с существованием неразрешимых проблем. Стремление вопреки всему найти выход, даже когда доказано, что его не существует, очень и очень сильно. И в большинстве своем мы с большим сочувствием относимся к этим храбрецам, которые пытаются достичь невозможного. Это продолжается и по сей день. Пишутся сочинения о квадратуре круга. Стряпаются лосьоны для восстановления утраченных волос — и неплохо продаются. Рождаются методы повышения производительности программирования — и хорошо расходятся.
Мы слишком часто склонны доверять своему оптимизму (или эксплуатировать оптимистические надежды своих спонсоров). Мы слишком часто не хотим прислушиваться к голосу рассудка и обращаем много внимания на продавцов панацей, поющих голосами сирен. [11]
Турский, как и я, предупреждает, что мечтательность тормозит движение вперед и ведет к пустой трате сил.
«Мрачные» темы. Харел считает, что мрачность «СПН» придают три темы:
• Резкое разделение между сущностью и второстепенным.
• Изолированное рассмотрение каждого кандидата в «серебряные пули».
• Прогноз лишь на ближайшие 10 лет, а не на срок, в течение которого можно ожидать «существенных улучшений».
Что касается первого, то в это вся соль статьи. Я по-прежнему считаю, что такое разделение необходимо для понимания того, почему трудно создавать программное обеспечение. И это верное указание, куда должен быть направлен удар.
Что касается изолированного рассмотрения кандидатов в «серебряные пули», то это
правда. Разные кандидаты предлагались поочередно и непомерными претензиями на
собственное всесилие. Правомерно и рассматривать их поочередно. Я возражаю не
против самих технологий, но против ожидания от них чуда. Гласс, Весси и Конджер
(Glass, Vessey, Conger) в своей статье 1992 года представили многочисленные
свидетельства того, что бесполезные поиски серебряной пули все еще продолжаются. [12]
Что касается выбора в качестве периода предсказаний 10, а не 40 лет, то частично это признание того, что наши предсказания на больший срок никогда не были удачными. Кто из нас в 1975 году предсказал микрокомпьютерную революцию 80-х?
Есть и другие причины ограничиться десятилетием: все кандидаты претендовали на получение результатов немедленно. Я не помню ни одного, который бы сказал: «Если сегодня вы сделаете инвестиции в предлагаемое мной средство, то по прошествии 10 лет начнете пожинать плоды». Более того, за десятилетие соотношение производительность/цена для компьютеров выросло, наверное, в сотни раз, и неизбежно подсознательно производится сравнение, которое совершенно недопустимо. Мы наверняка достигнем большего прогресса за предстоящие 40 лет. Рост за 40 лет на порядок едва ли покажется чудом.
Поэтому одним из наиболее многообещающих современных направлений в технологии, причем обращенных к сущности, а не к акциденциям проблем программирования, является разработка подходов и инструментов для быстрого создания макетов систем как части итеративного процесса разработки спецификаций.
Макет программной системы моделирует главные интерфейсы и выполняет основные функции предполагаемой системы, при этом не обязательно будучи связан теми же ограничениями быстродействия компьютера, размера или стоимости. Обычно макеты выполняют основные задачи системы, но не пытаются обрабатывать исключительные ситуации, правильно реагировать на ввод недопустимых данных, корректно прерывать работу и т.д. Назначение макета — показать, как воплощается выбранная концептуальная структура, чтобы клиент мог проверить ее пригодность к использованию и непротиворечивость.
Сегодня многие процедуры приобретения программного обеспечения основываются на предположении, что можно заранее задать технические требования для желаемой системы, рассмотреть предложения разработчиков, получить разработанную систему и установить ее. Я думаю, что такое предположение в корне неверно, и из-за этой ошибки проистекают многие проблемы при приобретении программ, поскольку эти проблемы нельзя устранить без пересмотра основ, для которого требуется интерактивная разработка и спецификации макетов и продуктов.
Пошаговая обработка: наращивать программу, а не строить сразу. Я до сих пор помню испытанный в 1958 году удар, когда впервые услышал, как мой друг говорил о строительстве (building) программ в противоположность написанию (writing). В мгновение он расширил все мое представление о процессе программирования. Применение метафоры было сильным и точным. Сегодня мы понимаем, что сходство существует между созданием программы и другими строительными процессами, и свободно используем другие элементы метафоры, такие как спецификации (specifications), сборка компонентов (assembly of components), леса (scaffolding).
Метафора строительства пережила свое время. Пора снова вносить изменения. Если, как я считаю, создаваемые сегодня концептуальные структуры слишком сложны, чтобы их можно было точно специфицировать заранее, и слишком сложны, чтобы строить без ошибок, тогда нужен радикально иной подход.
Обратимся к природе и рассмотрим сложность живых созданий, а не безжизненных творений человека. Там мы обнаруживаем конструкции, сложность которых вселяет в нас ужас. Один только мозг настолько сложен, что невозможно составить его схему. Его мощь невозможно повторить, он богат своеобразием, способен к самосохранению и самообновлению. Секрет в том, что мозг растет, а не строится.
Так же должны создаваться наши программные системы. Несколько лет назад Харлан Миллз предложил наращивать программные системы путем пошаговой разработки. [11] Это значит, что сначала систему надо заставить выполняться, даже если при этом она не делает ничего полезного, кроме вызова некоторого числа фиктивных подпрограмм. Затем она понемногу обрастает мясом, причем подпрограммы, в свою очередь, разрабатываются сначала как вызовы пустых фиктивных подпрограмм, находящихся на уровень ниже.
Настаивая на применении этой технологии разработчиками проектов на моих лабораторных занятиях по программной инженерии, я стал свидетелем поразительных результатов. За последнее десятилетие ничто другое не оказало столь сильного влияния на мою собственную работу и ее эффективность. Этот подход предполагает нисходящее проектирование, поскольку это — нисходящее наращивание программы. Он позволяет легко отслеживать работу в обратном направлении. Он предоставляет возможность раннего создания макетов. Каждая новая функция или возможность работы с более сложными данными или условиями органически вырастают на того, что уже имеется.
Воздействие на моральный дух ошеломительное. Когда есть хотя бы простая работающая система, возрастает энтузиазм. Энергия удваивается, когда на экране появляется картинка из новой графической программной системы, даже если это всего лишь прямоугольник. И на каждой стадии процесса разработки существует работающая система. Я считаю, что за одинаковые сроки команда может нарастить значительно более сложный объект, чем построить.
В больших проектах можно ощутить такие же выгоды, как и в моих маленьких. [12]
Выдающиеся проектировщики. Главная проблема совершенствования искусства программирования заключена, как всегда, в людях.
Мы можем добиваться хороших проектов, следуя хорошим, а не плохим практическим приемам. Хорошим приемам можно обучать. Программисты принадлежат к наиболее интеллектуальной части общества, следовательно, они в состоянии изучать хорошие приемы. Поэтому важнейшим направлением в Соединенных Штатах является распространение хороших современных приемов. Новые курсы, новые издания, новые организации, такие как Институт инженеров-программистов (Software Engineering Institute) — все это вызвано к жизни стремлением повысить уровень наших практических приемов. Это совершенно правильно.
Тем не менее, я считаю, что мы не сможем подняться еще на одну ступеньку выше, действуя в этом направлении. Выбор правильного метода проектирования определяет различия между плохим и хорошим концептуальным проектом, но не между хорошим и выдающимся. Выдающиеся проекты создаются выдающимися проектировщиками. Создание программ является творческим процессом. Крепкая методология может придать силу и освободить творческий ум, но она не может воспламенить или вдохновить того, кто занят нудной работой.
И разница немалая — это как Сальери и Моцарт. Одно исследование за другим показывают, что лучшие проектировщики создают структуры, которые быстрее, меньше по размеру, проще, понятнее и разработаны меньшими усилиями. Различия между выдающимся и средним достигают порядка величины.
Нетрудно проследить, что ряд хороших и полезных программных систем проектировался комиссиями и создавался с помощью проектов, состоявших из многих частей. Но программные системы, вызвавшие восхищение страстных поклонников, являются продуктом одного или небольшого числа выдающихся проектировщиков. Посмотрите на Unix, APL, Pascal, интерфейс Smalltalk и даже Fortran — с одной стороны, и Cobol, PL/I, Algol, MVS/370 и MS-DOS — с другой (рис. 16.1).
Поэтому, высоко ценя нынешние программы передачи технологий и развития обучения, я считаю, что наиболее важной программой, которую мы можем предпринять, является развитие способов воспитания выдающихся проектировщиков.
Ни одна занятая в программировании организация не может игнорировать эту проблему. Хороших менеджеров, как бы мало их ни было, не меньше, чем хороших проектировщиков. Как выдающиеся проектировщики, так и выдающиеся менеджеры встречаются редко. В большинстве организаций значительные усилия тратятся на поиска и выращивание подающих надежды менеджеров. Я не слышал, чтобы кто-либо тратил такие же усилия на поиски и развитие выдающихся проектировщиков, от которых, в конечном счете, зависит техническое превосходство продуктов.
Первое мое предложение состоит в том, чтобы каждая занятая в программировании организация определила для себя и провозгласила, что выдающиеся проектировщики имеют для ее успеха такое же большое значение, как и выдающиеся менеджеры, и что они могут рассчитывать на такие же заботу и вознаграждение. Не только зарплата, но и атрибуты положения — размеры офиса, мебель, техническое оборудование, командировочные фонды, обеспеченность сотрудниками — должны быть полностью равнозначны.
Как растить выдающихся проектировщиков? Место не позволяет обсуждать это пространно, но вот некоторые очевидные шаги:
• Систематически и как можно раньше выявлять первоклассных проектировщиков. Лучшие — не всегда самые опытные.
• Назначить наставника, ответственного за рост перспективного проектировщика и тщательно следить за его карьерой.
• Разработать и осуществлять план служебного роста для каждого перспективного проектировщика, включающий тщательно продуманное обучение у передовых проектировщиков, периоды дополнительного формального обучения, краткосрочные курсы, перемежающиеся с самостоятельным проектированием и назначением на руководящие технические должности.
• Обеспечить возможности для взаимодействия и взаимного стимулирования растущих проектировщиков.
У всякой пули — свое предназначение.
ВИЛЬГЕЛЬМ III ОРАНСКИЙ Кто хочет увидеть образец совершенства, Тот мечтает о том, чего никогда не было, нет и не будет.
АЛЕКСАНДР ПОП, «О КРИТИКЕ»
Об оборотнях и прочих мифических ужасах
«Серебряной пули нет: сущность и акциденция в программной инженерии» (глава 16 данной книги) первоначально была заказным докладом для конференции IFIP (Международной федерации по обработки информации) 1986 года в Дублине и была опубликована в ее трудах. [1] Журнал «Computer» перепечатал ее под обложкой в готическом стиле, иллюстрируя кадрами из фильмов, таких как «Вервольф из Лондона», [2] и снабдив боковым полем «Убить вервольфа» с изложением современной легенды о том, что справиться с ним можно только с помощью серебряной пули. До публикации я не знал об иллюстрациях, и для меня было неожиданностью, что серьезная техническая статья была так красочно издана.
Однако редакторы «Computer» знали свое дело и достигли желаемого результата: похоже, что статью прочли многие. Поэтому я подобрал для той главы еще одну картинку с оборотнем — старинное изображение почти забавного создания. Надеюсь, что эта менее яркая картинка окажет такое же полезное действие.
Серебряная пуля все-таки есть — ВОТ ОНА!
«Серебряной пули нет» утверждает и доказывает, что в течение десятилетия (с момента публикации статьи в 1986 году) ни одна разработка в области техники программного обеспечения не позволит повысить производительность труда в программировании на порядок. Из этого десятилетия прошло уже девять лет, и можно посмотреть, насколько сбывается предсказание.
В то время как «Мифический человеко-месяц» породил частое цитирование и мало споров, статья «Серебряной пули нет» вызвала статьи с опровержениями и письма в редакции журналов, поток которых не прекратился и по сей день. [3] Чаще всего критикуется главное утверждение о том, что волшебного решения нет, и мое ясно выраженное мнение о том, что его и быть не может. Большинство соглашается с основной частью моих аргументов в «СПН», но затем заявляет, что в действительности серебряная пуля для программного зверя существует, и изобрел ее автор. Перечитывая сегодня ранние отклики, не могу не отметить, что патентованные средства, столь энергично предлагавшиеся в 1986 и 1987 годах, не возымели эффекта, на который претендовали.
Я обычно покупаю компьютеры и программы, проверяя их на «счастливом обладателе», т.е. беседуя с вызывающими доверие людьми, заплатившими деньги за продукт и пользующимися им с удовольствием. Аналогично, я с готовностью поверю в материализацию серебряной пули, когда вызывающий доверие независимый пользователь выступит вперед и скажет: «Я использовал эту методологию, этот инструмент или продукт, и это позволило мне в десять раз повысить производительность разработки программ».
Многие корреспонденты сделали верные поправки и разъяснения. Некоторые проанализировали статью пункт за пунктом и привели возражения, за что я им благодарен. В этой главе я хочу сообщить о сделанных поправках и ответить на опровержения.
Неясное изложение влечет непонимание
Судя по некоторым откликам, мне не удалось четко изложить свои аргументы.
Второстепенное свойство (accident). В резюме главы 16 я постарался со всей возможной ясностью изложить основные аргументы «СПН». Некоторые, однако, были смущены терминами второстепенное свойство (accident) и несущественный, второстепенный (accidental), которые я использовал в старом употреблении, восходящем к Аристотелю. [4] Под accidental я не имел в виду «случайный» или «относящийся к несчастному случаю», а скорее, «несущественный», «побочный» (incidental) или «принадлежащий» (appurtinent).
Я не хочу порочить роль случайности при разработке программ. Вслед за английским драматургом, автором детективов и теологом Дороти Сэйерс (Dorothy Sayers) я рассматриваю всякую творческую деятельность, как состоящую из: а) формулирования концептуальных конструкций, б) воплощения в реальном материале и в) диалога с пользователем в реальной жизни. [5] Та часть построения программы, которую я назвал сущностью (essence), состоит из умственной работы создания концепутальной конструкции, а та, которую я назвал второстепенной (accident), есть процесс ее воплощения.
Выяснение истины. Мне кажется (хотя не все со мной согласны), что верность центрального аргумента сводится к выяснению ответа на вопрос: какая доля затрат связана с точным и упорядоченным представлением концептуальной конструкции, а какая — с умственными усилиями по изготовлению этих конструкций. Поиск и устранение ошибок попадают в тот или иной раздел в зависимости от того, являются ли ошибки концептуальными (например, пропуск какого-либо особого случая) или ошибками представления (например, ошибка в указателе или распределения памяти).
Мое личное мнение состоит в том, что второстепенная или направленная на представление часть работы сейчас снизилась до половины или менее того от общего объема. Поскольку эта доля является экспериментальной величиной, ее значение, в принципе, можно получить путем измерений. [5] Если это не удается, мою оценку можно поправить на основе более полных и более современных данных, но ни в публичных, ни в частных заявлениях никто не утверждал, что неосновная часть достигает величины 9/10.
«СПН» с несомненностью доказывает, что если доля неосновной части работы меньше 9/10, то даже сведя ее к нулю (что было бы чудом), нельзя получить рост продуктивности на порядок. Атаку необходимо нацелить на существенную часть.
После появления «СПН» Брюс Блум (Bruce Blum) обратил мое внимание на работу 1959 года Герцберга, Мознера и Зейдермана (Herzberg, Mausner, Sayderman). [7] Они находят, что факторы мотивации могут увеличить производительность. С другой стороны, факторы окружения и второстепенные факторы, сколь бы они ни были положительны, не могут этого сделать, но, будучи отрицательными, могут уменьшить производительность. В «СПН» доказывается, что значительная часть прогресса в программной инженерии достигнута за счет устранения влияния следующих отрицательных факторов: крайне неудобных машинных языков, пакетной обработки с долгой оборачиваемостью, слабого инструментария и строгих ограничений на размер памяти.
Являются ли в таком случае безнадежными трудности, связанные с сущностью? Отличная работа «Серебряная пуля есть», написанная Бредом Коксом (Bred Cox) в 1990 году, красноречиво доказывает, что многократно используемые и взаимозаменяемые компоненты должны послужить основой для атаки на концептуальную сущность проблемы. [8] Я охотно соглашаюсь.
Однако Кокс неправильно понимает «СПН» в двух отношениях. Во-первых, он находит в ней утверждение того, что трудности разработки программного обеспечения проистекают из «некоторых порогов технологий, использовавшихся программистами в то время». Я же доказывал, что трудности, связанные с сущностью, являются неотъемлемой частью концептуальной сложности разрабатываемых программных функций во все времена и при любых методах. Во-вторых, он и многие другие прочли в «СПН» утверждение того, что нет никаких надежд успешно справиться со сложностями разработки программ, связанными с вопросами сущности. Это не то, что я имел в виду. Создание концептуальной конструкции действительно имеет внутренне присущие трудности, такие как сложность, согласованность, изменяемость и незримость. Однако неприятности, вызываемые всеми этими трудностями, можно уменьшить.
Сложность разделения на уровни. Например, наиболее серьезной внутренней трудностью является сложность, но она не всегда неизбежна. Значительная часть (но не вся) концептуальной сложности в наших программных конструкциях проистекает от произвольной сложности самих применений. Действительно, Ларс Седаль из MYSYGMA Sohdal and Partners, международной консалтинговой фирмы в области менеджмента, пишет:
Мой опыт показывает, что все сложности, с которыми сталкиваются при разработке систем, являются признаками организационных неполадок. Попытка моделирования практической деятельности программами соответствующей сложности влечет сохранение неразберихи вместо решения проблем.
Стив Лукашик (Steve Lukasik) из Northrop доказывает, что даже организационная сложность, возможно, не является произвольной, а может испытывать воздействие принципов упорядочения:
Я получил образование в облати физики и поэтому вижу, что «сложные» вещи могут быть описаны на языке более простых понятий. Вы можете быть правы, и я не стану утверждать, что все сложные вещи поддаются принципам упорядочения… по тем же правилам доказательства нельзя утверждать, что не поддаются.
…То, что вчера было сложностью, завтра будет в порядке вещей. Сложность беспорядочного движения молекул привела к возникновению кинетической теории газов и открытию трех законов термодинамики. Сейчас программное обеспечение не позволяет увидеть присущие ему принципы упорядочения, но вы как раз и должны объяснить, почему это происходит. Это не проявление моей бестолковости или желания поспорить. Я убежден, что в один прекрасный день «сложность» программного обеспечения будет объяснена на языке каких-нибудь понятий более высокого порядка (инвариантов, как говорят физики).
Я не занимался более глубоким анализом, к которому справедливо призывает Лукашик. Как отрасль науки мы нуждаемся в развитии теории информации для количественной оценки информационного содержания статистических структур, подобно тому, как теория Шэннона делает это для информационных потоков. Это совсем не моя задача. Лукашику я просто отвечу, что сложность системы является функцией мириадов деталей, каждая из которых должна быть точно задана либо с помощью какого-нибудь общего правила, либо подробным описанием, но не просто статистически. Представляется весьма сомнительным, чтобы несогласованные результаты работы многих голов оказались достаточно связными, чтобы быть точно описанными общими правилами.
Значительно большая часть сложности программных конструкций обусловлена, однако, не соответствием внешнему миру, а самой реализацией — структурами данных, алгоритмами, способами коммуникаций. Наращивание программ с помощью больших блоков высокого уровня, созданных когда-то раньше или кем-то другим, помогает избежать целых уровней сложности. «СПН» провозглашает поход на проблему сложности в полной надежде, что можно достичь прогресса. Она выступает за добавление к программной системе необходимой сложности:
• иерархически, располагая модули или объекты по уровням;
• пошагово, что обеспечивает постоянную работоспособность системы.
Анализ Харела
Дэвид Харел (David Harel) в статье 1992 года «Кусая серебрянную пулю» предпринимает самый тщательный анализ «СПН» из всех опубликованных. [9]
Пессимизм против оптимизма и реализма. Харел рассматривает как «СПН», так и статью Парнаса 1984 года «Программные аспекты стратегических оборонительных систем» [10] как «слишком унылые». Он намеревается высветить более яркую сторону проблемы, предпосылая статье подзаголовок «К светлому будущему порграммных разработок». Так же, как и Кокс, Харел считает «СПН» пессимистической, говоря: «Если взглянуть на те же факты с другой точки зрения, возникают более оптимистические выводы». Оба они неправильно воприняли тональность статьи.
Прежде всего, моя жена, коллеги и редакторы считают, что я гораздо чаще впадаю в неоправданный оптимизм, чем в пессимизм. В конце концов я по происхождению программист, а оптимизм — это профессиональная болезнь данного ремесла.
В «СПН» прямо сказано: «Вглядываясь в предстоящее десятилетие, мы не видим серебряной пули… Однако скептицизм не есть пессимизм… Нет царского пути, но путь есть». Она предсказывает, что нововведения, происходящие в 1986 году, будучи разработаны и использованы, в совокупности действительно позволят достичь роста производительности на порядок. Десятилетие 1986-1996 подходит к концу, и это предсказание оказывается, скорее, слишком оптимистичным, а не мрачным.
Даже если бы все без исключения считали «СПН» пессимистической, что в этом худого? Является ли утверждение Эйнштейна о том, что ничего не может перемещаться со скоростью, большей скорости света, «унылым» и «мрачным»? А как насчет результатов Геделя о том, что некоторые вещи невычислимы? «СПН» пытается утверждать, что «сама сущность программного обеспечения делает маловероятным открытие «серебряных пуль» когда-либо в будущем». Турский в своем отличном ответном докладе на конференции IFIP красноречиво заявил:
Из всех попыток науки продвинуться в ложном направлении наиболее возвышенны те, которые были направлены на поиск философского камня — вещества, с помощью которого предполагалось обращать простые металлы в золото. Высшая цель алхимии, к которой с рвением стремились поколения исследователей, щедро финансировавшиеся светскими и духовными правителями, — это в чистом виде стремление принимать желаемое за действительное и общепринятое мнение, что вещи таковы, какими мы хотели бы их видеть. Это очень по-человечески. Нужно сделать над собой большое усилие, чтобы смириться с существованием неразрешимых проблем. Стремление вопреки всему найти выход, даже когда доказано, что его не существует, очень и очень сильно. И в большинстве своем мы с большим сочувствием относимся к этим храбрецам, которые пытаются достичь невозможного. Это продолжается и по сей день. Пишутся сочинения о квадратуре круга. Стряпаются лосьоны для восстановления утраченных волос — и неплохо продаются. Рождаются методы повышения производительности программирования — и хорошо расходятся.
Мы слишком часто склонны доверять своему оптимизму (или эксплуатировать оптимистические надежды своих спонсоров). Мы слишком часто не хотим прислушиваться к голосу рассудка и обращаем много внимания на продавцов панацей, поющих голосами сирен. [11]
Турский, как и я, предупреждает, что мечтательность тормозит движение вперед и ведет к пустой трате сил.
«Мрачные» темы. Харел считает, что мрачность «СПН» придают три темы:
• Резкое разделение между сущностью и второстепенным.
• Изолированное рассмотрение каждого кандидата в «серебряные пули».
• Прогноз лишь на ближайшие 10 лет, а не на срок, в течение которого можно ожидать «существенных улучшений».
Что касается первого, то в это вся соль статьи. Я по-прежнему считаю, что такое разделение необходимо для понимания того, почему трудно создавать программное обеспечение. И это верное указание, куда должен быть направлен удар.
Что касается изолированного рассмотрения кандидатов в «серебряные пули», то это
правда. Разные кандидаты предлагались поочередно и непомерными претензиями на
собственное всесилие. Правомерно и рассматривать их поочередно. Я возражаю не
против самих технологий, но против ожидания от них чуда. Гласс, Весси и Конджер
(Glass, Vessey, Conger) в своей статье 1992 года представили многочисленные
свидетельства того, что бесполезные поиски серебряной пули все еще продолжаются. [12]
Что касается выбора в качестве периода предсказаний 10, а не 40 лет, то частично это признание того, что наши предсказания на больший срок никогда не были удачными. Кто из нас в 1975 году предсказал микрокомпьютерную революцию 80-х?
Есть и другие причины ограничиться десятилетием: все кандидаты претендовали на получение результатов немедленно. Я не помню ни одного, который бы сказал: «Если сегодня вы сделаете инвестиции в предлагаемое мной средство, то по прошествии 10 лет начнете пожинать плоды». Более того, за десятилетие соотношение производительность/цена для компьютеров выросло, наверное, в сотни раз, и неизбежно подсознательно производится сравнение, которое совершенно недопустимо. Мы наверняка достигнем большего прогресса за предстоящие 40 лет. Рост за 40 лет на порядок едва ли покажется чудом.