软件工程思惟到底有多重要

最近听音频学习，听到一篇有关软件工程思惟的文章，挺想分享给你们，以做讨论。
下文转载自 “获得 APP” 万维钢精英日课第三季：《计算机思惟 4：工程的复杂》。

这一讲咱们要说一个特别厉害的技能，叫作“软件工程”。以我之见，软件工程，能够说是工程管理和综合治理手段的极限。我但愿你能从这一讲体会一下如何治理最复杂的系统。

可能你是一个产品经理，主导开发过一款APP。可能你是个企业家，管理一个几万人的大工厂。可能你是个土木工程师，设计过一座跨海大桥。你很是厉害，我们中国有不少这样的厉害人物。中国是手机 APP 开发大国，中国有不少超大型企业，中国有全世界最长的跨海大桥 ——但是为何中国就没有属于本身的计算机操做系统呢？为啥国产芯片不行呢？

由于那些事儿，跟现代软件工程相比，还只能算是简单的事儿。

程序员、CEO、计算机科学家，若是是拍一个超级英雄电影的话，这些人均可以是前台的英雄人物。可是躲在幕后操纵世界的，则将是一位、或者几位，软件工程大师。有句话叫“在计算机科学里，软件工程这一部分，对计算机科学家来讲太难了。”

不了解软件工程，你就不知道什么叫“大”，什么叫“复杂”。

1.小和大

编程是个很是适合自学成才的项目。不少人不是科班出身，自学编程技术，也容易找到一个程序员的职位，甚至还能够本身开发一个小软件。

但仅限于小软件。好比你能够本身写一个电子邮件客户端程序，或者写一个视频编辑工具。但是若是要开发一个超大型软件，其中涉及到的学问，可就不是自学所能达到的了，那是须要在重大项目的实践中去领悟和提升的。自学也许可让你成为一个优秀的侠客，而伟大的将帅，则只能用千万士兵的鲜血铸就。

这里面的关键是一个尺度问题。大，是不同的 [1]。

计算机刚刚出来的时候，程序员都是身上有修士气质的手艺人。编程者常常是孤独的，能说天书同样的语言，想法高深莫测，写出来的代码仿佛有一种暴力美学，他们的眼睛跟显示器一块儿在黑暗中闪闪发光。编程，是一项神秘的技能。

那时候的程序都是彻底自由的 —— 计算机很贵，而程序不要钱。程序员们就好像十九世纪的艺术家同样，偶尔弄个俱乐部或者小做坊，彼此欣赏。

不过这个艺术时代并无持续多长时间，程序员们很快就陷入了极度的悲观情绪之中。由于……错误。

写代码太容易出错了！代码越写越长，出错的频率不成比例地增长。可能你今天费了很大力气好不容易运行经过了，过了几天、遇到一个没想到的状况，发现还有一个隐藏的错误。有个程序员甚至说，他意识到，也许他的余生，都要在纠正本身的错误中度过……

程序员们终于明白，他们须要工程师思惟。

咱们以前讲了一些计算机科学的思惟，而工程师思惟和科学家思惟至少有三个重大区别。

第一，科学家是寻找事物的规律，而工程师是去设计一个东西。科学家只要以为这个规律有意思就能够发表，而工程师得负责任。他得确保这个东西不但要有用，并且还得安全不出事，还得考虑成本，讲究可行性，让人用得上还用得起才行。

第二是对知识的态度。科学家面对知识，是把本身当成一个没有利益攸关的旁观者，感受看懂了、能总结出规律就行。而工程师，则是参与者。他不能仅仅“懂”这个知识，他是要拿来用的。

第三是对模型的使用。科学家喜欢简化的模型，能抓住实质就行 —— 爱因斯坦有句名言说“什么东西都要越简单越好，要简单到不能再简单为止”。而工程师必须考虑全部的细节，“魔鬼在细节中”是工程师的座右铭。

要把写程序上升到工程的高度，跟之前那种兴趣爱好式的编程可就彻底不一样了。更进一步，软件工程和传统的工程也不同。

好比你要修个桥，工程过程当中哪里犯个小错误，一般也就是小错误 —— 最多也就是让大桥的质量降级。这座大桥总共有15个桥墩，其中第五个桥墩有个地方没建好，这座桥大体上还能用。但软件就不同了，程序中的一个小错误极可能就会致使整个系统的崩溃。

这是为啥呢？由于软件不但各处的关联很是密集，并且是个“活”的东西。好比发射火箭，软件是要控制火箭作动做的！哪一个动做不对，火箭当即失控。

因此软件不可是个工程，并且比传统工程可贵多。那怎么应对这种复杂呢？

2.小思惟

早期的软件开发者想出了不少工程化的办法，起到了必定的效果。好比之前都是用汇编语言，后来发明了高级编程语言，程序员就不容易出错……固然，这时候也不须要程序员个个都有修士的气质了。

最重要的一个方法，是把经常使用、好用的代码封装起来，重复使用。若是这段代码老是被用到，已经被你们测试过不少次了，证实没有毛病，那就不要再改来改去搞定制了，咱们应该把它封装成一个“库函数”。库函数具备标准化的输入和输出，程序员下次再用的时候只须要照顾好输入输出，而没必要关心函数内部是什么情形 —— 这就能大大下降出错的几率和提升编程的效率。

封装这个思想能够用在软件的各个方面。数据结构、面向对象的编程、文件系统，这些都是封装和分层。这一层的编程不用考虑底下一层的逻辑。

操做系统的内核也是一个相似的智慧。操做系统把最经常使用的操做计算机的动做，都事先在内核中预备好，而内核通过千锤百炼，不容易出错。等到别人写应用软件的时候，用到相关的动做，就只要调用内核就行，而没必要本身直接操做计算机。这就至关于把专业的事儿交给专业的人，也就不那么容易出错了。

全部这些思想都要求对软件开发有个宏观的设计，而不仅是吭哧吭哧写代码。而后你还得考虑多我的一块儿开发一个软件的情形，好比最起码得有个版本控制之类。

到这一步，软件业才算正式成了一个行业。在上世纪五十年代，就已经有公司专门开发软件卖钱。

……惋惜这些还远远不够。

软件业从一开始就不是一个作事漂亮的行业。项目老是再延期。好不容易交付了，软件卖出去以后又老是被人发现各类毛病和错误。客户不满意，但是若是真要搞什么售后服务，到现场去给人解决问题，那几乎就是不可完成的任务……并且还有黑客攻击、还有计算机病毒！

我很早之前听过一个笑话，说一个软件工程师嘲笑一个汽车工程师，说“若是汽车行业像计算机行业同样发展，如今汽车应该一毛钱一辆。”可是汽车工程师不觉得然，说“但是谁会要一辆动不动就抛锚的汽车呢？”

而早期的软件公司，对此只有两个不是办法的办法。一个办法是尽可能去找那些经验丰富、头脑聪明的高水平程序员……一个办法是销售软件的时候干脆附带一个免责声明：若是由于这个软件的毛病给您形成了损失，咱们概不负责。

社会对计算机的美好幻想被打破了，软件行业陷入了危机。

3.大思惟

软件工程的问题不是你每一年能培养多少高水平程序员的问题，而是复杂性问题。

小软件和大软件的根本区别在于尺度。之前一个小软件只有几千行代码，如今一个大软件要有几百万行代码。之前的软件是给一我的用，如今是多个用户共同使用一个软件。更重要的一点是，之前的软件是一我的或者几我的开发的，如今则是大型团队一块儿开发。

计算机思想家弗瑞德里克·布鲁克斯（Fred Brooks），曾经在上世纪六十年代末率领IBM公司300人的团队开发操做系统。他作完这件事以后颇有感触，为此专门写了一本书，叫《人月神话》[2]。

布鲁克斯提出两个感慨。

第一个感慨是，1我的干12个月的活，绝对不是12我的在1个月内能干完的。项目用的程序员越多，平均每一个人出活的速度就越慢。因此你规划项目的时候不要算什么“人月”。

第二个感慨是，你这个团队作出来的软件的结构，每每和你这个团队的人员组织管理结构高度类似。因此软件工程不但要管项目，还要管人。

布鲁克斯这本书出来，人们才充分认识到软件工程的难度。现代软件工程要求，软件产品必须达到下面这五个目标，称之为“DRUSS” ——

• Dependable，可信赖，让顾客真能期望上你这个软件；
• Reliable，得可靠，不能总出毛病；
• Usable，软件是给人用的，得让人可以上手；
• Safe，用的时候不能出安全事故；
• Secure，它得不容易被黑客攻击才行。

现代主流操做系统，包括 Windows, Mac 和 Linux，各自都有接近一亿行代码，并且大体实现了这五个方面的要求。而即使是这三个能够说是最成熟的软件系统，其中仍然还有大量的毛病。

那怎么才能得到这种大型软件工程的能力呢？咱们前面说的办法都仍是小软件思惟，剩下的，就只有一些经验之谈，而没有什么特别系统的行动指南了。

好比说，在系统安全方面，软件开发的首要原则是默认不给用户受权。若是非要受权用户接触一个什么东西，就必须得有显性的受权；每一个程序进程只能拥有最有限的受权，等等。软件工程就是由这些原则、工做中遇到的规律、前辈传下来的经验组成的。

技术进步能解决必定的问题，好比更多的分层封装，搞虚拟机，客户端和服务器，高级编程语言，交互式开发环境，可视化的控制和数据流，更好的操做系统等等……可是技术解决不了全部的问题。

1987 年的时候，布鲁克斯写了一篇文章叫《没有银弹》[3]，又提出一个洞见：软件工程的根本问题，是人的问题。主导软件开发的这我的，必须得可以理解高度复杂的东西才行。

写程序是永远在更新的技术，软件分为不少层，会出现各类毛病，你得确保产品知足 DRUSS 五方面的要求，你得操不少的心……你得能驾驭复杂。

像这样的人才，都是绝对的帅才。这就比如带兵打仗，你不用说指挥十万人打仗，你能把十万人安全带到战场，不哗变、不闹事、都能吃饱饭就不错了。

布鲁克斯有句名言是这么说的 ——

“好的判断来自经验，而经验来自坏的判断。”（Good judgement comes from experience, and experience comes from bad judgement.）

正所谓一将功成万骨枯，驾驭大型软件工程的能力，只能经过大型软件工程培养出来。

咱们前面讲《生命视角》的时候说过，有些创新能力难复制 —— 由于它是长出来的。咱们中国有不少软件开发者，可是咱们缺乏操做系统这种级别的大型软件开发积累。咱们有几代程序员试炼出来的库函数吗？咱们有 Windows 3.1，Windows 95 的种子吗？咱们有前辈开发者总结出来的原则、规律和教训吗？咱们有本身的标准和规范吗？软件天天都在更新，但软件工程的背后，是一棵经年累月长出来的大树。

咱们这一讲正好遇上最近美国要封锁华为公司，而华为正在搞本身的手机操做系统。在软件工程上另起炉灶是一个几乎不可想象的任务，可是若是真有那样的机会，那就是如今。

我们倒要让美国人看看，中国公司有没有驾驭复杂的能力。

注释：

[1] 精英日课第一季，《一个大尺度的话题》。

[2] Frederick Phillips "Fred" Brooks, Jr，1999 年图灵奖得主。《人月神话》（The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering，1975）是软件工程的名著。

[3] Frederick Brooks, No Silver Bullet – Essence and Accident in Software Engineering, 1987.