A Philosophy of Software Design
最近在读 A Philosophy of Software Design, 即软件设计的哲学。
作者 John Ousterhout 认为软件设计的最大目标，就是降低复杂性。并通过自己的实践经验，沉淀了软件设计的原则以及技巧，从而利用降低复杂性来指导软件设计的整个生命周期。
全书的总体目标主要有两个：
- 理解/识别复杂性：“复杂性”是什么意思，为什么重要，以及当程序具有不必要的复杂性时如何识别？
- 减少复杂性：介绍可在软件开发过程中使用的技术，以最大程度地减少复杂性。
一、复杂性是什么
Complexity is anything related to the structure of a software system that makes it hard to understand and modify the system.文中指出，复杂性是指那些让系统难以理解或修改的与系统相关的任何事物。
1.1 复杂性造成的影响
作者认为，复杂性一般通过三种方式表现出来，而这里的每一个都使得软件开发更为困难。
- 变更放大：指的是当需要对系统进行修改时，即使是小的变更也需要在多个地方进行修改，从而放大了变化的影响。这种情况虽然麻烦，但只要明确知道需要修改哪些代码，系统在完成变更后仍然可以正常工作。
- 认知负载：涉及到理解和修改系统所需的心智成本。高认知负荷会增加进行更改的成本，但如果清楚知道需要阅读哪些信息，更改仍然有可能是正确的。这表明，即使系统复杂，有足够的信息和指引也可以有效地进行修改。
- 未知的未知：指的是在系统中存在的不确定性，使得开发者不清楚如何进行修改，甚至不确定提出的解决方案是否可行。在这种情况下，唯一确保解决方案正确性的方法可能是阅读系统中的每一行代码，这极大地增加了修改的难度和不确定性。
其中变更放大和认知负载大多情况下，我们是可以获取具体的信息，并作出修改决策的。但未知的未知是最糟糕的。一个未知的未知意味着你需要知道一些事情，但是你没有办法找到它是什么，甚至是否只有一个问题。
1.2 复杂性是递增的
Complexity isn’t caused by a single catastrophic error;复杂性不是由单个灾难性错误引起的。它是由小块堆积而成的。复杂性的增量性质使其难以控制。可以很容易地说服自己，当前更改所带来的一点点复杂性没什么大不了的。但是，如果每个开发人员对每种更改都采用这种方法，那么复杂性就会迅速累积。一旦积累了复杂性，就很难消除它，因为修复单个依赖项或模糊性本身不会产生很大的变化。
二、复杂性的原因
Complexity is caused by two things: **dependencies** and **obscurity**.作者认为，复杂性的原因主要有两个：依赖性和模糊性。
- 依赖性：当无法孤立地理解和修改给定的一段代码时，便存在依赖关系。不过，依赖关系是软件的基本组成部分，不能完全消除。软件设计的目标之一是减少依赖关系的数量，并使依赖关系保持尽可能简单和明显。
- 模糊性：当我们无法获取模块的重要信息时，就会存在模糊。比如：变量命名的不准确，复杂函数缺乏注释，注释不精准，复杂的设计不提供文档。
同时，这两个特性可能同时作用，比如，正是因为依赖性不清晰，从而导致模糊性的进一步加深。
复杂性来自于依赖性和模糊性的积累。随着复杂性的增加，它会导致变化放大，高认知负荷和未知的未知数。最重要的是，复杂性使得修改现有代码库变得困难且冒险。
三、如何降低复杂性
全文作者也列举了很多设计原则，如战术&战略编程，模块深浅封装、文档注释、变量命名、一致性、抽象等。
由于篇幅问题，这里仅介绍下方几点对我个人印象比较深刻的几点
3.1 战术&战略编程
- 战术编程：关注于解决眼前的具体问题。
- 战略编程：考虑整个系统的可维护性和可扩展性。
作者强调，优秀的软件设计需要平衡这两者，即在日常编程中不仅要注重立即的问题解决（战术），也要从整体上规划和设计（战略），以确保软件随时间的发展仍能高效运作。
3.2 模块深浅封装
模块的封装不应仅仅是表面上的，而需要深入考虑如何隐藏内部实现的细节，同时提供清晰、简洁的接口。
深封装强调在模块的设计中追求“深度”，即通过少量强大的概念和功能实现丰富的功能，而浅封装可能只是简单地隐藏了实现细节而未真正减少复杂性。
3.3 一致性
一致性是降低软件复杂性的关键原则之一。它要求软件的设计、实现及文档在风格和结构上保持一致，包括编码风格、命名约定和设计模式等。
一致性可以减少学习和理解代码的难度，使得维护和扩展变得更加容易。
3.4 不同的层，不同的抽象
软件通常被设计为多层结构，每一层都应该基于适当的抽象级别工作。底层关注于具体实现和性能优化，而高层则应更加关注业务逻辑和用户界面。通过在不同的层次采用不同级别的抽象，可以清晰地分离关注点，降低整体复杂性。
当然，里面的一些设计思路和技巧还有很多，如注释早于编码、设计两次、变量命名等都是不错的设计思想。
在这里，个人理解降低复杂度可以总结为三点
- 封装，减少依赖信息：封装隐藏细节，减少模块间依赖，简化系统复杂性。
- 提供准确有用的信息：明确文档和注释帮助快速理解系统，减少误解。
- 迭代和重构：通过迭代改进和定期重构维护代码清晰度和系统灵活性。
四、总结
这本书是关于一件事的：复杂性。处理复杂性是软件设计中最重要的挑战。
在本书的过程中，作者试图描述导致复杂性的根本原因，依赖性和模糊性，并给了我们降低复杂性的一些设计思想。
但知易行难，这个过程还需要我们在日常中具体实践，我们才能更好地理解和运用，并且可能我们也会更新自己的设计哲学。