Страница:
Конечно, мог. То удивление, которое вы испытываете, когда что-то идет не так как надо, прямо пропорционально уровню доверия и веры в правильность прогоняемой программы. Поэтому, столкнувшись с «удивительным» отказом в работе программы, вы должны осознать, что одно или более ваших предположений неверны. Не приукрашивайте подпрограмму или фрагмент текста программы, вызвавший ошибку, только потому, что «знаете», что он работает нормально. Вначале докажите это. Докажите это в реальном контексте, с реальными данными, с реальными граничными условиями.
Столкнувшись с удивительной ошибкой, помимо простого ее устранения, необходимо определить, а почему этот сбой не был выявлен раньше. Подумайте, не стоит ли внести поправки в модульные или иные тесты с тем, чтобы они могли выявить эту ошибку.
Кроме того, если ошибка является результатом неправильных данных, которые распространились по нескольким уровням, перед тем как вызвать взрыв, посмотрите, может быть, более усовершенствованная процедура проверки параметров в этих подпрограммах смогла бы помешать ее распространению (см. обсуждение процедур досрочного сбоя и утверждений разделе "Мертвые программы на лгут").
Пока вы собираетесь заняться этим, выясните, есть ли в программе другие фрагменты, подверженные воздействию той же ошибки? Пришло время отыскать их и устранить. Убедитесь: что бы ни произошло, вы будете знать, произойдет ли это снова.
Если устранение этой ошибки заняло много времени, спросите себя, а почему? Можете ли вы сделать что-нибудь, чтобы облегчить устранение этой ошибки в следующий раз, например, встроить усовершенствованные обработчики прерываний (для тестирования) или написать программу-анализатор файла журнала?
И наконец, если ошибка является результатом чьего-то неправильного предположения, обсудите проблему со всей командой: если имеется недопонимание со стороны одного сотрудника, то возможно, он не одинок здесь.
Проделайте все это, и наверняка в следующий раз вы будете избавлены от подобных сюрпризов.
Контрольные вопросы при отладке
19
20
Пассивные генераторы
Активные генераторы текста
Генераторы текста не должны быть слишком сложными
Генераторы текста не всегда генерируют тексты программ
Глава 4
Ваши чувства задеты? Не стоит принимать эту подсказку близко к сердцу. Примите ее как жизненную аксиому. Заключите ее в объятья. Восславьте ее. Поскольку совершенных программ в природе не существует. За всю краткую историю информатики никому не удалось написать ни одного совершенного фрагмента программы. Маловероятно, что вы станете первым. И когда вы примете это как существующий факт, то перестанете тратить время и энергию впустую в погоне за призрачной мечтой.
Каким же образом, учитывая эту гнетущую реальность, может прагматик обратить ее себе на пользу? Это и является темой данной главы.
Каждый знает, что лично он – лучший водитель на планете Земля. Остальному человечеству далеко до него, проезжающего под запрещающие знаки, мотающегося из ряда в ряд, не подающего сигналы поворота, разговаривающего по телефону, читающего за рулем газету и просто не живущего по общепринятым нормам. Так что мы ездим осторожно. Мы обнаруживаем неприятность до того, как она происходит, ожидаем непредвиденное и никогда не оказываемся в положении, из которого не сможем выпутаться сами.
Аналогия с написанием программ весьма очевидна. Мы постоянно взаимодействуем с программами, написанными другими людьми, программами, которые не отвечают нашим высоким требованиям, и имеем дело с входными параметрами, которые являются или не являются допустимыми. Нас учат программировать с осторожностью. При наличии любого рода сомнений мы проверяем правильность всей поступающей к нам информации. Мы используем утверждения для обнаружения неверных данных. Мы проверяем непротиворечивость, устанавливаем ограничения на столбцы базы данных и вообще высоко ценим самих себя.
Но прагматики идут дальше. Они не доверяют даже самим себе. Зная, что никто не пишет совершенных программ, включая их самих, прагматики пишут программы, защищаясь от собственных ошибок. Первый рубеж обороны описан в разделе "Проектирование по контракту": клиенты и поставщики должны договориться о правах и обязанностях.
В разделе "Мертвые программы не лгут" говорится о гарантиях того, что процедура устранения ошибок не нанесет вреда. Поэтому мы попытаемся чаще проверять нашу программу и завершать ее аварийно, если она работает не так, как надо.
В разделе "Программирование с применением утверждений" описан простой метод проверки "на ходу" – программа, которая активно проверяет ваши предположения.
Исключения, как и любая другая методика, может причинить больше вреда, чем пользы, если ее применять неправильно. Мы обсудим эти аспекты в разделе "Случаи, когда необходимо использовать исключения".
По мере того как ваши программы приобретают большую динамику, вы начинаете жонглировать системными ресурсами – памятью, файлами, устройствами и т. п. В разделе "Балансировка ресурсов" предлагаются способы того, как не ронять те предметы, которыми вы жонглируете.
Поэтому будем осторожными в этом мире несовершенных систем, устаревших временных масштабов, смешных инструментальных средств и невыполнимых требований.
21
Подсказка 27: Не предполагайте – доказывайте
Столкнувшись с удивительной ошибкой, помимо простого ее устранения, необходимо определить, а почему этот сбой не был выявлен раньше. Подумайте, не стоит ли внести поправки в модульные или иные тесты с тем, чтобы они могли выявить эту ошибку.
Кроме того, если ошибка является результатом неправильных данных, которые распространились по нескольким уровням, перед тем как вызвать взрыв, посмотрите, может быть, более усовершенствованная процедура проверки параметров в этих подпрограммах смогла бы помешать ее распространению (см. обсуждение процедур досрочного сбоя и утверждений разделе "Мертвые программы на лгут").
Пока вы собираетесь заняться этим, выясните, есть ли в программе другие фрагменты, подверженные воздействию той же ошибки? Пришло время отыскать их и устранить. Убедитесь: что бы ни произошло, вы будете знать, произойдет ли это снова.
Если устранение этой ошибки заняло много времени, спросите себя, а почему? Можете ли вы сделать что-нибудь, чтобы облегчить устранение этой ошибки в следующий раз, например, встроить усовершенствованные обработчики прерываний (для тестирования) или написать программу-анализатор файла журнала?
И наконец, если ошибка является результатом чьего-то неправильного предположения, обсудите проблему со всей командой: если имеется недопонимание со стороны одного сотрудника, то возможно, он не одинок здесь.
Проделайте все это, и наверняка в следующий раз вы будете избавлены от подобных сюрпризов.
Контрольные вопросы при отладке
• Является ли проблема прямым результатом фундаментальной ошибки или просто ее признаком?
• Ошибка действительно «сидит» в компиляторе? В операционной системе? Или в вашей собственной программе?
• Если бы вам пришлось подробно объяснить вашему коллеге, в чем состоит проблема, что бы вы ему сказали?
• Если подозрительная программа проходит модульное тестирование, то является ли оно достаточно полным? Что произойдет, если вы прогоняете модульный тест с реальными данными?
• Существуют ли условия, вызвавшие данную ошибку, где-либо еще в системе?
• Программирование в расчете на совпадение
• Вездесущая автоматизация
• Безжалостное тестирование
• Ошибка действительно «сидит» в компиляторе? В операционной системе? Или в вашей собственной программе?
• Если бы вам пришлось подробно объяснить вашему коллеге, в чем состоит проблема, что бы вы ему сказали?
• Если подозрительная программа проходит модульное тестирование, то является ли оно достаточно полным? Что произойдет, если вы прогоняете модульный тест с реальными данными?
• Существуют ли условия, вызвавшие данную ошибку, где-либо еще в системе?
Другие разделы, относящиеся к данной теме:
• Программирование на основе утверждений• Программирование в расчете на совпадение
• Вездесущая автоматизация
• Безжалостное тестирование
Вопросы для обсуждения
• Отладка сама по себе является вопросом.
19
Обработка текста
Прагматики обрабатывают тексты программ так, как столяры придают форму деревянным заготовкам. В предыдущих разделах обсуждались некоторые специфические инструментальные средства – оболочки, редакторы, отладчики – те, что мы используем в работе. Они подобны столярным долотам, ножовкам и рубанкам – инструментам, которые предназначены для выполнения одной или двух конкретных работ. Однако время от времени нам приходится выполнять некоторые преобразования, которые не могут быть осуществлены с помощью походного инструментария. В таких случаях нам необходим универсальный инструмент для обработки текста.
Языки, предназначенные для обработки текста, играют в программировании ту же роль, что станки [23]в столярном деле. Они издают шум, неуклюжи и представляют собой грубую силу. Если при работе с ними вы совершаете ошибку, то разрушенными могут оказаться целые фрагменты. Некоторые клятвенно уверяют, что этим средствам нет места в инструментарии. Но в хороших руках и станки, и языки обработки текста могут быть невероятно мощными и гибкими. Вы можете быстро придать форму материалу, делать стыки и вырезать по дереву. При надлежащем использовании эти инструменты обладают удивительной тонкостью и ловкостью. Но для овладения ими требуется время.
Число хороших языков обработки текста постоянно увеличивается. Разработчики программ для Unix часто любят использовать мощь их командных оболочек, усиленных инструментальными средствами типа awk и sed. Тем, кто предпочитает более структурированные средства, больше по душе объектно-ориентированный характер языка Python [URL 9]. Выбор некоторых падает на Tel [URL 23]. Случается, и мы предпочитаем язык Perl [URL 8] для написания коротких сценариев.
Эти языки являются важными узаконивающими технологиями. Используя их, вы можете быстро решить все проблемы с утилитами и создать прототипы идей – при работе с обычными языками на это потребовалось бы раз в пять-десять больше времени. И этот умножающий коэффициент кардинально важен для экспериментов, которые мы проводим. Потратить 30 минут на воплощение сумасшедшей идеи намного лучше, чем потратить на то же пять часов. Потратить один день на автоматизацию важных составляющих проекта – нормально, потратить неделю – может быть, и нет. В книге "The Practice of Programming" [KP99], Керниган и Пайк реализовали одну и ту же программу на пяти различных языках. Самой короткой оказалась версия на языке Perl (17 строк по сравнению со 150 строками на языке С). Работая с языком Perl, вы можете обрабатывать текст, взаимодействовать с другими программами, передавать данные по сетям, управлять web-страницами, производить арифметические действия с произвольной точностью и писать программы, которые выглядят наподобие клятвы Снупи.
Чтобы продемонстрировать широту области применения языков обработки текста, в качестве примера мы приводим некоторые приложения, разработанные нами на протяжении последних нескольких лет:
• Сопровождение схемы базы данных.Набор сценариев на языке Perl обрабатывал файл с простым текстом, содержащий определение схемы базы данных и генерировал из него:
– Инструкции SQL для создания БД
– Плоские файлы данных для заполнения словаря данных
– Библиотеки программ на языке С для доступа к БД
– Сценарии для проверки целостности БД
– Web-страницы, содержащие описания и блок-схемы БД
– XML версию схемы
• Доступ к свойству Java.Хорошим тоном в объектно-ориентированном программировании является ограничение доступа к свойствам объекта, что вынуждает внешние классы получать и устанавливать их через методы. Однако в общем случае, когда свойство представлено внутри класса при помощи простого поля, создание метода get и set для каждой переменной представляет собой утомительную механическую процедуру. У нас имеется сценарий Perl, который изменяет исходные файлы и вставляет правильные определения метода для всех переменных, помеченных соответствующим образом.
• Генерирование тестовых данных.У нас имелись десятки тысяч записей, содержащих тестовые данные, рассеянных по нескольким различным файлам разного формата, которые нуждались в соединении и преобразовании в некую форму, пригодную для загрузки в реляционную БД. Программа на Perl справилась с этим за пару часов (и в процессе обнаружила пару ошибок из-за несовместимости в исходных данных).
• Написание книг.Мы придаем важность тому факту, что любая программа, представленная в книге, вначале должна быть протестирована. Большинство программ, приведенных в этой книге, были протестированы. Однако, используя принцип DRY (см. "Пороки дублирования"), мы не хотели копировать и вставлять строки текста из протестированных программ в книгу. Это означало бы, что текст дублируется, поэтому велика вероятность, что мы забудем обновить пример, когда соответствующая программа изменится. В некоторых примерах нам также не хотелось утомлять вас наличием «скелета» программы, необходимым для компиляции и прогона нашего примера. Мы обратились к языку Perl. При форматировании книги вызывался относительно простой сценарий – он извлекал именованный сегмент исходного файла, выделял синтаксические конструкции и преобразовывал результат в язык, который мы используем для подготовки типографского макета книг.
• Интерфейс между языками С и Object Pascal.У заказчика имеется команда разработчиков, пишущих программы на языке Object Pascal, реализованном на персональных компьютерах. Требуется осуществить сопряжение их программы с телом программы, написанной на языке С. Был разработан короткий сценарий на языке Perl, который проводил синтаксический анализ файлов заголовков С, выделяя определения всех экспортированных функций и используемых ими структур данных. Затем сгенерированы модули Object Pascal с записями Pascal для всех структур С и произведен импорт определений процедур для всех функций С. Этот процесс генерирования стал частью сборки, так что при любых изменениях заголовка С происходит автоматическое конструирование нового модуля Object Pascal.
• Генерирование интернет-документации.Многие команды разработчиков публикуют свою документацию на внутренних интернет-сайтах. Авторами написано много программ на языке Perl, которые анализируют схемы баз данных, исходные файлы на С и С++, сборочные файлы и другие исходные тексты проекта для производства требуемой HTML-документации. Авторы также использовали язык Perl для верстки документов со стандартными верхними и нижними колонтитулами и передачи их на интернет-сайт.
Языки обработки текстов используются почти ежедневно. Многие из идей, описанных в данной книге, могут реализовываться на этих языках проще, чем на любом другом известном языке. Эти языки облегчают написание генераторов текстов программ, которые будут рассмотрены далее.
name
state_a
state_b
: :
Создайте файл name.h, содержащий следующие строки:
extern const char * NAME_names[]
extern const char * NAME_names[]
typedef enum {
state_a,
state_b,
: :
} NAME;
а также файл name.с, содержащий следующие строки:
const char * NAME_names[] = {
"statea",
"state_b"
: :
};
12. Дописав эту книгу до середины, авторы обнаружили, что не поместили директиву use strict во многие примеры на языке Perl. Напишите сценарий, который просматривает все файлы типа *.pl в некотором каталоге и добавляет директиву use strict в конец начального блока комментариев ко всем файлам, где это не было сделано ранее. Не забудьте сохранить резервную копию всех файлов, в которые внесены изменения. (Ответ см. в Приложении В.)
Языки, предназначенные для обработки текста, играют в программировании ту же роль, что станки [23]в столярном деле. Они издают шум, неуклюжи и представляют собой грубую силу. Если при работе с ними вы совершаете ошибку, то разрушенными могут оказаться целые фрагменты. Некоторые клятвенно уверяют, что этим средствам нет места в инструментарии. Но в хороших руках и станки, и языки обработки текста могут быть невероятно мощными и гибкими. Вы можете быстро придать форму материалу, делать стыки и вырезать по дереву. При надлежащем использовании эти инструменты обладают удивительной тонкостью и ловкостью. Но для овладения ими требуется время.
Число хороших языков обработки текста постоянно увеличивается. Разработчики программ для Unix часто любят использовать мощь их командных оболочек, усиленных инструментальными средствами типа awk и sed. Тем, кто предпочитает более структурированные средства, больше по душе объектно-ориентированный характер языка Python [URL 9]. Выбор некоторых падает на Tel [URL 23]. Случается, и мы предпочитаем язык Perl [URL 8] для написания коротких сценариев.
Эти языки являются важными узаконивающими технологиями. Используя их, вы можете быстро решить все проблемы с утилитами и создать прототипы идей – при работе с обычными языками на это потребовалось бы раз в пять-десять больше времени. И этот умножающий коэффициент кардинально важен для экспериментов, которые мы проводим. Потратить 30 минут на воплощение сумасшедшей идеи намного лучше, чем потратить на то же пять часов. Потратить один день на автоматизацию важных составляющих проекта – нормально, потратить неделю – может быть, и нет. В книге "The Practice of Programming" [KP99], Керниган и Пайк реализовали одну и ту же программу на пяти различных языках. Самой короткой оказалась версия на языке Perl (17 строк по сравнению со 150 строками на языке С). Работая с языком Perl, вы можете обрабатывать текст, взаимодействовать с другими программами, передавать данные по сетям, управлять web-страницами, производить арифметические действия с произвольной точностью и писать программы, которые выглядят наподобие клятвы Снупи.
Подсказка 28: Изучите язык обработки текстов
Чтобы продемонстрировать широту области применения языков обработки текста, в качестве примера мы приводим некоторые приложения, разработанные нами на протяжении последних нескольких лет:
• Сопровождение схемы базы данных.Набор сценариев на языке Perl обрабатывал файл с простым текстом, содержащий определение схемы базы данных и генерировал из него:
– Инструкции SQL для создания БД
– Плоские файлы данных для заполнения словаря данных
– Библиотеки программ на языке С для доступа к БД
– Сценарии для проверки целостности БД
– Web-страницы, содержащие описания и блок-схемы БД
– XML версию схемы
• Доступ к свойству Java.Хорошим тоном в объектно-ориентированном программировании является ограничение доступа к свойствам объекта, что вынуждает внешние классы получать и устанавливать их через методы. Однако в общем случае, когда свойство представлено внутри класса при помощи простого поля, создание метода get и set для каждой переменной представляет собой утомительную механическую процедуру. У нас имеется сценарий Perl, который изменяет исходные файлы и вставляет правильные определения метода для всех переменных, помеченных соответствующим образом.
• Генерирование тестовых данных.У нас имелись десятки тысяч записей, содержащих тестовые данные, рассеянных по нескольким различным файлам разного формата, которые нуждались в соединении и преобразовании в некую форму, пригодную для загрузки в реляционную БД. Программа на Perl справилась с этим за пару часов (и в процессе обнаружила пару ошибок из-за несовместимости в исходных данных).
• Написание книг.Мы придаем важность тому факту, что любая программа, представленная в книге, вначале должна быть протестирована. Большинство программ, приведенных в этой книге, были протестированы. Однако, используя принцип DRY (см. "Пороки дублирования"), мы не хотели копировать и вставлять строки текста из протестированных программ в книгу. Это означало бы, что текст дублируется, поэтому велика вероятность, что мы забудем обновить пример, когда соответствующая программа изменится. В некоторых примерах нам также не хотелось утомлять вас наличием «скелета» программы, необходимым для компиляции и прогона нашего примера. Мы обратились к языку Perl. При форматировании книги вызывался относительно простой сценарий – он извлекал именованный сегмент исходного файла, выделял синтаксические конструкции и преобразовывал результат в язык, который мы используем для подготовки типографского макета книг.
• Интерфейс между языками С и Object Pascal.У заказчика имеется команда разработчиков, пишущих программы на языке Object Pascal, реализованном на персональных компьютерах. Требуется осуществить сопряжение их программы с телом программы, написанной на языке С. Был разработан короткий сценарий на языке Perl, который проводил синтаксический анализ файлов заголовков С, выделяя определения всех экспортированных функций и используемых ими структур данных. Затем сгенерированы модули Object Pascal с записями Pascal для всех структур С и произведен импорт определений процедур для всех функций С. Этот процесс генерирования стал частью сборки, так что при любых изменениях заголовка С происходит автоматическое конструирование нового модуля Object Pascal.
• Генерирование интернет-документации.Многие команды разработчиков публикуют свою документацию на внутренних интернет-сайтах. Авторами написано много программ на языке Perl, которые анализируют схемы баз данных, исходные файлы на С и С++, сборочные файлы и другие исходные тексты проекта для производства требуемой HTML-документации. Авторы также использовали язык Perl для верстки документов со стандартными верхними и нижними колонтитулами и передачи их на интернет-сайт.
Языки обработки текстов используются почти ежедневно. Многие из идей, описанных в данной книге, могут реализовываться на этих языках проще, чем на любом другом известном языке. Эти языки облегчают написание генераторов текстов программ, которые будут рассмотрены далее.
Другие разделы, относящиеся к данной теме:
• Пороки дублированияУпражнения
11. В вашей программе на языке С для представления одного из 100 состояний используется перечислимый тип данных. В целях отладки вам хотелось бы иметь возможность вывода состояния на печать в виде строки (в отличие от числа). Напишите сценарий, который осуществляет считывание со стандартного устройства файла следующего содержания (Ответ см. в Приложении В.):name
state_a
state_b
: :
Создайте файл name.h, содержащий следующие строки:
extern const char * NAME_names[]
extern const char * NAME_names[]
typedef enum {
state_a,
state_b,
: :
} NAME;
а также файл name.с, содержащий следующие строки:
const char * NAME_names[] = {
"statea",
"state_b"
: :
};
12. Дописав эту книгу до середины, авторы обнаружили, что не поместили директиву use strict во многие примеры на языке Perl. Напишите сценарий, который просматривает все файлы типа *.pl в некотором каталоге и добавляет директиву use strict в конец начального блока комментариев ко всем файлам, где это не было сделано ранее. Не забудьте сохранить резервную копию всех файлов, в которые внесены изменения. (Ответ см. в Приложении В.)
20
Генераторы текстов программ
Если столярам приходится снова и снова изготавливать одну и ту же деталь, они идут на хитрость. Они делают для себя шаблон. Если они сделают шаблон один раз, то время от времени они могут воссоздавать некоторый фрагмент работы. Шаблон избавляет столяров от излишней сложности и снижает вероятность ошибки, позволяя мастеру сосредоточиться на качестве работы.
Программисты часто оказываются в аналогичном положении. От них требуется достижения той же функциональности, но в различных контекстах. Информация должна быть воспроизведена в различных местах. А иногда, экономя на повторном наборе текста, мы просто защищаем самих себя от болей в запястье.
Подобно столяру, вкладывающему свое время в шаблон, программист может построить генератор текста. Его можно использовать всю оставшуюся жизнь проекта практически бесплатно.
Существует два основных типа генераторов текста:
1. Пассивные генераторы текста запускаются один раз для достижения результата. Начиная с этого момента результат становится независимым – он отделяется от генератора текста. Мастера, обсуждаемые в разделе "Злые волшебники", вместе с некоторыми средствами CASE являются примерами пассивных генераторов текста.
2. Активные генераторы текста используются всякий раз, когда возникает необходимость в результатах их работы. Этот результат создается по принципу "выбросить и забыть" – он всегда может быть воспроизведен с помощью генератора текста. Зачастую активные генераторы считывают некоторую форму сценария или управляющего файла для получения конечного результата.
Программисты часто оказываются в аналогичном положении. От них требуется достижения той же функциональности, но в различных контекстах. Информация должна быть воспроизведена в различных местах. А иногда, экономя на повторном наборе текста, мы просто защищаем самих себя от болей в запястье.
Подобно столяру, вкладывающему свое время в шаблон, программист может построить генератор текста. Его можно использовать всю оставшуюся жизнь проекта практически бесплатно.
Подсказка 29: Пишите текст программы, которая пишет текст программы
Существует два основных типа генераторов текста:
1. Пассивные генераторы текста запускаются один раз для достижения результата. Начиная с этого момента результат становится независимым – он отделяется от генератора текста. Мастера, обсуждаемые в разделе "Злые волшебники", вместе с некоторыми средствами CASE являются примерами пассивных генераторов текста.
2. Активные генераторы текста используются всякий раз, когда возникает необходимость в результатах их работы. Этот результат создается по принципу "выбросить и забыть" – он всегда может быть воспроизведен с помощью генератора текста. Зачастую активные генераторы считывают некоторую форму сценария или управляющего файла для получения конечного результата.
Пассивные генераторы
Пассивные генераторы текста экономят время, необходимое на набор текста. Как только результат получен, он становится полностью приспособленным для использования в качестве исходного файла в данном проекте; он должен быть отредактирован, скомпилирован и передан системе управления исходным текстом, как и любой другой файл. О его происхождении никто и не вспомнит. Пассивные генераторы текста применяются во многих случаях:
• Создание новых исходных файлов.Пассивный генератор текста может создавать шаблоны, директивы управления исходным текстом, сведения об авторских правах и стандартные блоки комментариев для каждого нового файла в некотором проекте. Мы настроили наши редакторы на выполнение этого действия всякий раз при создании нового файла: при редактировании новой программы на языке Java в новом буфере редактора автоматически окажутся уже заполненные блок комментариев, директива пакета и описание структурного класса.
• Осуществление двоичных преобразований в языках программирования.Мы начали писать эту книгу, используя систему troff, но после пятнадцатого раздела перешли на LaTeX. Мы написали генератор текста, который считывал исходный текст из troff и преобразовывали его в формат LATЈX. Точность составила 90 %; остальное мы делали вручную. Это является интересной особенностью пассивных генераторов текста: они не должны отличаться абсолютной точностью. Вы выбираете, какое усилие необходимо вложить в генератор, в сравнении с энергией, которую вы тратите на устранение ошибок в выходной информации.
• Создание таблиц поиска и других ресурсов, вычисление которых является дорогой операцией.Вместо того, чтобы вычислять тригонометрические функции, во многих старых графических системах использовались таблицы синусов и косинусов. Обычно эти таблицы создавались пассивным генератором текста и затем копировались в исходный текст программы.
• Создание новых исходных файлов.Пассивный генератор текста может создавать шаблоны, директивы управления исходным текстом, сведения об авторских правах и стандартные блоки комментариев для каждого нового файла в некотором проекте. Мы настроили наши редакторы на выполнение этого действия всякий раз при создании нового файла: при редактировании новой программы на языке Java в новом буфере редактора автоматически окажутся уже заполненные блок комментариев, директива пакета и описание структурного класса.
• Осуществление двоичных преобразований в языках программирования.Мы начали писать эту книгу, используя систему troff, но после пятнадцатого раздела перешли на LaTeX. Мы написали генератор текста, который считывал исходный текст из troff и преобразовывали его в формат LATЈX. Точность составила 90 %; остальное мы делали вручную. Это является интересной особенностью пассивных генераторов текста: они не должны отличаться абсолютной точностью. Вы выбираете, какое усилие необходимо вложить в генератор, в сравнении с энергией, которую вы тратите на устранение ошибок в выходной информации.
• Создание таблиц поиска и других ресурсов, вычисление которых является дорогой операцией.Вместо того, чтобы вычислять тригонометрические функции, во многих старых графических системах использовались таблицы синусов и косинусов. Обычно эти таблицы создавались пассивным генератором текста и затем копировались в исходный текст программы.
Активные генераторы текста
Пассивные генераторы текста являются не более чем удобством, но их активные родственники являются необходимостью, если вы хотите следовать принципу DRY. С помощью активного генератора текста вы можете использовать представление некоторого фрагмента знания и преобразовать его во все формы, необходимые вашему приложению. Это не является дублированием, поскольку эти формы являются расходным материалом и создаются генератором текста по мере необходимости (отсюда термин "активный").
Когда бы вам ни приходилось организовывать совместную работу двух совершенно разных сред, стоит подумать об использовании активных генераторов текста.
Допустим, вы разрабатываете приложение БД. В этом случае вы имеете дело с двумя средами – базой данных и языком программирования, который используется для доступа к БД. У вас есть схема, и вам необходимо определить низкоуровневые конструкции, отражающие компоновку определенных таблиц БД. Вы могли бы просто запрограммировать их напрямую, но при этом нарушается принцип DRY: знание схемы было бы выражено дважды. Если схема меняется, вам необходимо помнить и о соответствующем изменении текста программы. Если из таблицы удаляется столбец, а база текста программы не меняется, то может статься, что ошибка не проявится даже при компиляции. Первый раз вы узнаете об этом во время тестирования, когда начнутся сбои (или же от пользователя).
Рис. 3.3. Активный генератор создает текст программы из схемы базы данных
Альтернативой этому является использование активного генератора текста – берется схема и используется для генерации исходного текста конструкций, как показано на рисунке 3.3. Теперь при любом изменении схемы будет происходить и автоматическое изменение программы, используемой для доступа к ней. При удалении столбца исчезает и соответствующее поле в конструкции, и любая высокоуровневая программа, использующая этот столбец, не пройдет компиляцию. Ошибку удалось заметить во время компиляции, а не в процессе сборки. Конечно, эта схема работает только в том случае, если вы сделаете генерацию текста частью самого процесса сборки
[24].
Другим примером слияния сред с помощью генераторов текста является случай, когда в одном и том же приложении использованы различные языки программирования. Для того чтобы общаться, каждой программной базе необходима некоторая общая информация – например, структуры данных, форматы сообщений и имена полей. Вместо того, чтобы дублировать эту информацию, используйте генератор текста. В ряде случаев можно проводить синтаксический анализ информации из исходных файлов на одном языке и использовать ее для генерации текста на другом. Хотя зачастую легче выразить ее более простым, независимым от языка представлением и сгенерировать программу для обоих языков, как показано на рисунке 3.4. Также можно посмотреть ответ к упражнению 13 (см. Приложение В) в качестве примера того, как отделить синтаксический анализ представления плоского файла от генерации текста.
Когда бы вам ни приходилось организовывать совместную работу двух совершенно разных сред, стоит подумать об использовании активных генераторов текста.
Допустим, вы разрабатываете приложение БД. В этом случае вы имеете дело с двумя средами – базой данных и языком программирования, который используется для доступа к БД. У вас есть схема, и вам необходимо определить низкоуровневые конструкции, отражающие компоновку определенных таблиц БД. Вы могли бы просто запрограммировать их напрямую, но при этом нарушается принцип DRY: знание схемы было бы выражено дважды. Если схема меняется, вам необходимо помнить и о соответствующем изменении текста программы. Если из таблицы удаляется столбец, а база текста программы не меняется, то может статься, что ошибка не проявится даже при компиляции. Первый раз вы узнаете об этом во время тестирования, когда начнутся сбои (или же от пользователя).
Рис. 3.3. Активный генератор создает текст программы из схемы базы данных
Другим примером слияния сред с помощью генераторов текста является случай, когда в одном и том же приложении использованы различные языки программирования. Для того чтобы общаться, каждой программной базе необходима некоторая общая информация – например, структуры данных, форматы сообщений и имена полей. Вместо того, чтобы дублировать эту информацию, используйте генератор текста. В ряде случаев можно проводить синтаксический анализ информации из исходных файлов на одном языке и использовать ее для генерации текста на другом. Хотя зачастую легче выразить ее более простым, независимым от языка представлением и сгенерировать программу для обоих языков, как показано на рисунке 3.4. Также можно посмотреть ответ к упражнению 13 (см. Приложение В) в качестве примера того, как отделить синтаксический анализ представления плоского файла от генерации текста.
Генераторы текста не должны быть слишком сложными
Весь этот разговор об активном «этом» и пассивном «том», может создать у вас впечатление, что генераторы текста – сложные звери. Им не надо быть сложными. Обычно самой сложной частью является синтаксический анализатор, который обрабатывает входной файл. Не усложняйте входной формат, и генератор текста станет простым. Обратите внимание на ответ к упражнению 13 (см. Приложение В): в реальности генерация текста представляет собой в основном операторы print.
Рис. 3.4. Генерирование теиста из представления, независимого от языка. Строки во входном файле, начинающиеся с буквы М, означают начало определения сообщения, буква F означает строки с определениями полей, а буква Е – конец сообщения.
Рис. 3.4. Генерирование теиста из представления, независимого от языка. Строки во входном файле, начинающиеся с буквы М, означают начало определения сообщения, буква F означает строки с определениями полей, а буква Е – конец сообщения.
Генераторы текста не всегда генерируют тексты программ
Хотя многие и примеров, приведенных в данном разделе, демонстрируют тексты программ, которые производят исходные тексты программ, на практике это не всегда так. Вы можете применять генераторы текстов для создания выходного файла в любом формате (HTML, XML, простой текст) – любого текста, который является входной информацией в какой-либо части вашего проекта.
• Преимущество простого текста
• Злые волшебники
• Вездесущая автоматизация
Другие разделы, относящиеся к данной теме:
• Пороки дублирования• Преимущество простого текста
• Злые волшебники
• Вездесущая автоматизация
Упражнения
13. Напишите генератор текста, который обрабатывает входной файл, изображенный на рисунке 3.4, и генерирует выходной файл на двух языках по вашему выбору. Попытайтесь упростить добавление новых языков. (Ответ см. в Приложении В.)
Глава 4
Прагматическая паранойя
Подсказка 30: Невозможно написать совершенную программу
Ваши чувства задеты? Не стоит принимать эту подсказку близко к сердцу. Примите ее как жизненную аксиому. Заключите ее в объятья. Восславьте ее. Поскольку совершенных программ в природе не существует. За всю краткую историю информатики никому не удалось написать ни одного совершенного фрагмента программы. Маловероятно, что вы станете первым. И когда вы примете это как существующий факт, то перестанете тратить время и энергию впустую в погоне за призрачной мечтой.
Каким же образом, учитывая эту гнетущую реальность, может прагматик обратить ее себе на пользу? Это и является темой данной главы.
Каждый знает, что лично он – лучший водитель на планете Земля. Остальному человечеству далеко до него, проезжающего под запрещающие знаки, мотающегося из ряда в ряд, не подающего сигналы поворота, разговаривающего по телефону, читающего за рулем газету и просто не живущего по общепринятым нормам. Так что мы ездим осторожно. Мы обнаруживаем неприятность до того, как она происходит, ожидаем непредвиденное и никогда не оказываемся в положении, из которого не сможем выпутаться сами.
Аналогия с написанием программ весьма очевидна. Мы постоянно взаимодействуем с программами, написанными другими людьми, программами, которые не отвечают нашим высоким требованиям, и имеем дело с входными параметрами, которые являются или не являются допустимыми. Нас учат программировать с осторожностью. При наличии любого рода сомнений мы проверяем правильность всей поступающей к нам информации. Мы используем утверждения для обнаружения неверных данных. Мы проверяем непротиворечивость, устанавливаем ограничения на столбцы базы данных и вообще высоко ценим самих себя.
Но прагматики идут дальше. Они не доверяют даже самим себе. Зная, что никто не пишет совершенных программ, включая их самих, прагматики пишут программы, защищаясь от собственных ошибок. Первый рубеж обороны описан в разделе "Проектирование по контракту": клиенты и поставщики должны договориться о правах и обязанностях.
В разделе "Мертвые программы не лгут" говорится о гарантиях того, что процедура устранения ошибок не нанесет вреда. Поэтому мы попытаемся чаще проверять нашу программу и завершать ее аварийно, если она работает не так, как надо.
В разделе "Программирование с применением утверждений" описан простой метод проверки "на ходу" – программа, которая активно проверяет ваши предположения.
Исключения, как и любая другая методика, может причинить больше вреда, чем пользы, если ее применять неправильно. Мы обсудим эти аспекты в разделе "Случаи, когда необходимо использовать исключения".
По мере того как ваши программы приобретают большую динамику, вы начинаете жонглировать системными ресурсами – памятью, файлами, устройствами и т. п. В разделе "Балансировка ресурсов" предлагаются способы того, как не ронять те предметы, которыми вы жонглируете.
Поэтому будем осторожными в этом мире несовершенных систем, устаревших временных масштабов, смешных инструментальных средств и невыполнимых требований.
Если все общество отклоняется от нормы, чтобы понять вас, скорее всего это паранойя.
Вуди Аллен
21
Проектирование по контракту
Ничто не ошеломляет людей так сильно, как здравый смысл и честная сделка.
Ральф Уолдо Эмерсон, Эссе
Работать с компьютерными системами всегда непросто. Работать с людьми еще сложнее. И поскольку мы (как биологический вид) развиваемся достаточно долго, то у нас явно было больше времени на выяснение природы человеческих взаимоотношений. Некоторые из тех решений, к которым мы пришли в течение нескольких последних тысячелетий, могут быть применены и к созданию программного обеспечения. Одним из лучших способов, с помощью которого можно удостовериться в честности заключаемой сделки, является контракт.
В контракте определены ваши права и обязанности, а также права и обязанности другой стороны. В дополнение к этому существует соглашение, касающееся юридических последствий, возникающих в том случае, если какая-либо из сторон окажется не в состоянии соблюдать условий контракта.
Допустим, у вас есть контракт на работу, где определены количество отрабатываемых часов и правила поведения, которым вы обязаны следовать. В ответ фирма платит вам заработную плату и предоставляет другие льготы. Каждая из сторон выполняет свои обязательства, а в результате выигрывают все.
Эта идея используется во всем мире – и формальным, и неформальным образом – для того, чтобы помочь людям во взаимодействии. Можем ли мы применить этот же принцип, чтобы способствовать взаимодействию программных модулей? Ответ на этот вопрос положительный.
В контракте определены ваши права и обязанности, а также права и обязанности другой стороны. В дополнение к этому существует соглашение, касающееся юридических последствий, возникающих в том случае, если какая-либо из сторон окажется не в состоянии соблюдать условий контракта.
Допустим, у вас есть контракт на работу, где определены количество отрабатываемых часов и правила поведения, которым вы обязаны следовать. В ответ фирма платит вам заработную плату и предоставляет другие льготы. Каждая из сторон выполняет свои обязательства, а в результате выигрывают все.
Эта идея используется во всем мире – и формальным, и неформальным образом – для того, чтобы помочь людям во взаимодействии. Можем ли мы применить этот же принцип, чтобы способствовать взаимодействию программных модулей? Ответ на этот вопрос положительный.