程序代碼可控性研究

邵改革

摘要摘要：程序代碼編寫不規(guī)范、缺乏可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，將導(dǎo)致代碼可控性較差，嚴(yán)重影響軟件產(chǎn)品的持久更新升級(jí)。從代碼質(zhì)量控制角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)程序代碼的可控性進(jìn)行研究，提出代碼可控性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并給出改進(jìn)措施。代碼的可控性有助于緩解程序擴(kuò)展和修改壓力，形成代碼更新迭代的良性循環(huán)。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：程序可控性；代碼可量測(cè)；代碼質(zhì)量評(píng)價(jià)

DOIDOI：10.11907/rjdk.162173

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）001012402

引言

隨著用戶需求的不斷變化，軟件結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，開發(fā)周期越來(lái)越短，如何按時(shí)交付高質(zhì)量的產(chǎn)品成為軟件開發(fā)工作的一個(gè)難點(diǎn)。提高軟件質(zhì)量和開發(fā)效率關(guān)乎軟件企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，也是每個(gè)信息化企業(yè)不懈追求的目標(biāo)。軟件研發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，包括需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、測(cè)試等環(huán)節(jié)[1]。針對(duì)研發(fā)過(guò)程，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者結(jié)合具體實(shí)踐，從不同角度提出了提高軟件質(zhì)量的方法和模型。雖然軟件開發(fā)具有諸多過(guò)程管理方法和經(jīng)驗(yàn)，如CMM（Capability Maturity Model for Software）、PMBOK（項(xiàng)目管理知識(shí)體系）、敏捷開發(fā)等，但目前軟件質(zhì)量依然不容樂(lè)觀。軟件質(zhì)量水平不高是由很多方面因素所致，其中最主要的原因之一在于程序代碼缺乏可控性。

以筆者所在單位的部分產(chǎn)品代碼為例，整個(gè)產(chǎn)品線包括較為完善的單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試和性能測(cè)試，但對(duì)程序代碼層面的問(wèn)題關(guān)注較少，沒(méi)有形成一套完整的代碼質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。代碼中仍然存在命名規(guī)范差、重復(fù)代碼、長(zhǎng)方法、大類、長(zhǎng)參數(shù)列表、濫用設(shè)計(jì)模式等問(wèn)題，初期表現(xiàn)為程序代碼可讀性差。隨著軟件產(chǎn)品根據(jù)用戶需求不斷修改升級(jí)和不同版本累積，程序的可控性逐漸變差，代碼變得難以理解和修改，軟件產(chǎn)品版本維護(hù)越來(lái)越困難。

1代碼質(zhì)量控制

軟件質(zhì)量是指軟件產(chǎn)品滿足預(yù)定需求的程度。Boehm等[2]提出了軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)的概念，并使用定量公式用于評(píng)價(jià)軟件質(zhì)量。McCall和Waters[3]提出了從軟件質(zhì)量要素、準(zhǔn)則到度量的三層次質(zhì)量度量模型。ISO提出的質(zhì)量度量模型由高層軟件質(zhì)量需求評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、中層軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和底層軟件質(zhì)量度量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則3個(gè)層次組成。代碼質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)一般包括正確性、規(guī)范性、可讀性、有效性、可擴(kuò)展性、可重用性、可維護(hù)性、安全性等[4]。上述評(píng)價(jià)指標(biāo)從不同層面對(duì)代碼進(jìn)行了評(píng)估，但缺乏具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，代碼評(píng)價(jià)指標(biāo)在實(shí)際操作中難以適用。比如可讀性指標(biāo)，代碼“可讀性”與“不可讀性”的界限比較模糊，但具有良好可讀性的代碼一定具有注釋、規(guī)范的命名和適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)等特征[5]。命名規(guī)范有很多種，但良好的規(guī)范性代碼往往遵循統(tǒng)一的命名方法。

提高代碼質(zhì)量是軟件企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要策略之一，更是以軟件產(chǎn)品為主導(dǎo)型信息企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的基石。但由于種種原因，程序代碼質(zhì)量并未達(dá)到理想的目標(biāo)，代碼質(zhì)量不高的原因主要有：

（1）缺乏頂層設(shè)計(jì)理念。任何一種設(shè)計(jì)或架構(gòu)方案，都需要一個(gè)良好的控制機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，不能將設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)脫節(jié)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)圖形或文檔，需要融入到程序結(jié)構(gòu)和具體的代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程之中。

（2）缺乏中間代碼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程。頂層設(shè)計(jì)需要中間代碼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能過(guò)渡到具體的代碼實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程由設(shè)計(jì)方案變成軟件架構(gòu)，是軟件開發(fā)比較重要的一次模式轉(zhuǎn)換。缺少此過(guò)程，將會(huì)導(dǎo)致頂層設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)代碼之間的割裂。

（3）開發(fā)人員水平參差不齊和代碼版本差異大。開發(fā)人員基礎(chǔ)較差、缺乏經(jīng)驗(yàn)加上對(duì)設(shè)計(jì)方案的理解程度不同，在對(duì)程序代碼的維護(hù)中往往加入“壞味”代碼較多。并且一個(gè)產(chǎn)品線有時(shí)需要維護(hù)不同的代碼版本，而不同版本在演化過(guò)程中相差會(huì)越來(lái)越大，代碼中存在大量的交叉和重復(fù)。

（4）代碼質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)薄弱。產(chǎn)品測(cè)試只注重單元測(cè)試、集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試和性能測(cè)試，忽略了代碼質(zhì)量檢查。這些測(cè)試只保證了代碼的外在表現(xiàn)，未能體現(xiàn)代碼的內(nèi)在質(zhì)量?！皦奈丁贝a一旦進(jìn)入版本庫(kù)，會(huì)產(chǎn)生一系列程序問(wèn)題，增加軟件維護(hù)工作量。

上述問(wèn)題的存在導(dǎo)致代碼的可控性越來(lái)越低，后期更新維護(hù)成本越來(lái)越高。程序代碼的可控性主要是指對(duì)于代碼需要修改和擴(kuò)展的可量測(cè)性大小，它是代碼質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)之一，在以產(chǎn)品為主導(dǎo)的開發(fā)中格外重要。具有良好可控性代碼的程序可以有效應(yīng)對(duì)變化，各環(huán)節(jié)之間的影響程度是可以界定的。它有助于合理調(diào)配資源，優(yōu)化開發(fā)工作流程，減輕維護(hù)人員工作量，利于產(chǎn)品代碼的重構(gòu)和版本演化。

2代碼可控性評(píng)價(jià)

（1）需求改變導(dǎo)致的代碼修改具有明確的范圍。用戶需求日益?zhèn)€性化、精細(xì)化，軟件領(lǐng)域用戶需求變化成為了一種客觀規(guī)律。一旦用戶需求發(fā)生變更，程序代碼就要作出相應(yīng)調(diào)整。在這種變化常態(tài)下，如何減少需求改變帶來(lái)的代碼修改是程序面臨的難題。具有良好可控性的程序代碼，如遇需求更改，可快速定位代碼修改范圍，待修改的類和方法是明確的。這就要求程序開發(fā)中需要將業(yè)務(wù)流程與具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離，代碼邏輯結(jié)構(gòu)劃分清晰。業(yè)務(wù)流程是抽象的，如果將抽象的業(yè)務(wù)處理融合在大篇幅的代碼之中，一旦需求改變，整個(gè)代碼都要修改，無(wú)疑增大了工作量。封裝變化是可控性代碼的重要特征，在將需求轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，要分析出哪些是變化的，哪些是不變的，并對(duì)變化的部分進(jìn)行封裝。在對(duì)需求和現(xiàn)有代碼全面掌握的基礎(chǔ)上，明確影響范圍，有效應(yīng)對(duì)需求改變導(dǎo)致的代碼修改。

（2）擴(kuò)展和修改的代碼內(nèi)容可量測(cè)。具有良好可控性的代碼，遇用戶新增或改變需求，在確定修改范圍之后，可以預(yù)估出需擴(kuò)展和修改的代碼量，即具有代碼的可量測(cè)性。程序代碼除具有較好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，還需要將這種可能性量化，至少評(píng)估出按照“堆砌原則”需要增加或修改的代碼量。這種可量測(cè)性是在第一步明確修改范圍的基礎(chǔ)上，繼續(xù)對(duì)代碼修改的內(nèi)容作出評(píng)估，提出將代碼維護(hù)工作可度量化，并能夠預(yù)測(cè)可能發(fā)生的變化。代碼中應(yīng)盡可能提高復(fù)用率，減少重復(fù)代碼，避免硬編碼?？煽匦砸髮⒋a之間的耦合性降到最低，拒絕大段瀑布流式的編程實(shí)現(xiàn)。程序中具有“原子性”功能的實(shí)現(xiàn)是可抽離的，不依賴于業(yè)務(wù)邏輯和其它“原子性”功能，且這種實(shí)現(xiàn)的代碼可以量化?？煽匦圆畹某绦虼a必然針對(duì)修改或擴(kuò)展的代碼量無(wú)法作出評(píng)估，不能給出具體的工作量，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的合理分配，增加軟件開發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)度管控風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 所有的代碼修改應(yīng)在本層為止，否則就要變更設(shè)計(jì)。隨著軟件版本的演變，對(duì)代碼進(jìn)行修改或調(diào)整是不可避免的?？煽匦猿绦蛴山Y(jié)構(gòu)化的代碼構(gòu)成，即代碼具有明顯的層次劃分。代碼最基礎(chǔ)的層次是類級(jí)別，最分明的層次是包（命名空間）級(jí)別。軟件系統(tǒng)角度上的層次劃分往往是多級(jí)別，并不局限于包或者類，層次劃分可以虛擬化。每個(gè)層次是具有獨(dú)立功能實(shí)現(xiàn)類的集合，各層次之間應(yīng)存在較為清晰的界限?？煽鼗幼⒅乜傮w設(shè)計(jì)與細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)之間的模式轉(zhuǎn)換，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)先行的原則。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與模塊設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮功能的集合特征，不同層次之間的接口調(diào)用應(yīng)遵循簡(jiǎn)潔高效的原則。程序細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)，可以參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)模式，但不拘泥于設(shè)計(jì)模式，以方法產(chǎn)生的實(shí)際效果為主。設(shè)計(jì)要充分考慮層次劃分的邊界，無(wú)論自上而下還是自下而上，所有的修改應(yīng)在本層內(nèi)完成，避免跨層修改，減小代碼波及的范圍。如因需求改變，出現(xiàn)了多層代碼都需要修改，就要考慮原有設(shè)計(jì)是否合理，然后根據(jù)具體情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

3改進(jìn)措施

（1）注重頂層設(shè)計(jì)方案落地。頂層設(shè)計(jì)是在充分了解用戶需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前產(chǎn)品現(xiàn)狀，給出的最佳解決方案，具有一定的前瞻性。開發(fā)核心人員應(yīng)全程參與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，以確保對(duì)設(shè)計(jì)方案的理解無(wú)偏差。一方面加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的貫通，讓開發(fā)人員領(lǐng)會(huì)架構(gòu)的意圖；另一方面加強(qiáng)對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的管控，將方案落到實(shí)處。開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)貫徹頂層設(shè)計(jì)的思想和解決方法，并將總體設(shè)計(jì)方案落實(shí)到代碼實(shí)現(xiàn)中。

（2）規(guī)范程序中間設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。從總體設(shè)計(jì)方案衍生出來(lái)的設(shè)計(jì)都可以稱為中間設(shè)計(jì)，如從總體設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)。這涉及到一些模式轉(zhuǎn)換，是一個(gè)承上啟下的過(guò)程。中間設(shè)計(jì)需要總體設(shè)計(jì)方案人員和開發(fā)人員參與，并通過(guò)相關(guān)人員評(píng)審，確保中間設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不偏離頂層設(shè)計(jì)。

（3）提高開發(fā)人員技能水平。人才是企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，代碼的問(wèn)題歸根到底還是人的問(wèn)題。通過(guò)技能培訓(xùn)或交流，與產(chǎn)品開發(fā)相結(jié)合，提高開發(fā)人員基礎(chǔ)水平。經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員要發(fā)揮帶動(dòng)作用，促進(jìn)其他開發(fā)人員不斷進(jìn)步。如今技術(shù)革新周期不斷縮短，研發(fā)團(tuán)隊(duì)中要形成學(xué)習(xí)的氛圍，勇于嘗試新技術(shù)、新方法。

（4）加強(qiáng)程序代碼質(zhì)量檢查。代碼質(zhì)量檢查應(yīng)列為軟件產(chǎn)品測(cè)試的組成部分，其中代碼可控性是軟件產(chǎn)品質(zhì)量檢查的重要參考指標(biāo)。代碼質(zhì)量初步檢查可以使用工具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化，如CheckStyle、PMD、FindBugs等[6]。代碼管理人員需要對(duì)代碼進(jìn)行階段性質(zhì)檢，降低代碼中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，保證每個(gè)迭代階段提交到版本庫(kù)中的代碼質(zhì)量。