前言

人們為電子計算機編寫程式已有 80 多年，但令人驚訝的是，對於如何設計程式、好的程式應該是什麼樣，討論卻一直很少。相比之下，軟體開發過程（如敏捷開發）和開發工具（如偵錯程式、版本控制系統、測試覆蓋工具）已經得到了廣泛討論。物件導向程式設計、函數語言程式設計等程式設計技術，以及設計模式和演算法，也已有大量分析。這些討論都很有價值，但軟體設計的核心問題仍很少被觸及。David Parnas 的經典論文“關於將系統分解成模組的標準”發表於 1971 年，此後 45 年間，軟體設計的水平並未在這篇論文的基礎上取得多少進展。

電腦科學中最基本的問題是 問題分解：如何將一個複雜的問題分解為可以獨立解決的部分。問題分解是程式設計師每天都要面對的首要設計任務，但是，除了這本書裡描述的工作之外，我還沒有在任何一所大學裡找到一門以問題分解為中心的課程。我們講授 for 迴圈和物件導向的程式設計，而不是軟體設計。

此外，程式設計師之間的程式碼品質和開發效率差異很大，但我們很少探究最優秀的程式設計師為何如此出色，也很少在課堂上傳授相應技能。我曾與幾位自己認為很優秀的程式設計師交談，但其中大多數人也難以說清，究竟是哪些具體方法讓他們佔據優勢。許多人認為軟體設計是一種無法教授的天賦。然而，大量科學證據表明，在許多領域，相比先天能力，傑出表現與高品質練習的關係更密切（例如，參閱 Geoff Colvin 的《哪來的天才？練習中的平凡與偉大》）。

多年來，這些問題一直讓我困惑和沮喪。我想知道軟體設計能否透過教學傳授，也猜想設計能力正是優秀程式設計師與普通程式設計師的區別所在。最終，我認定，回答這些問題的唯一辦法，就是嘗試親自開設一門軟體設計課，斯坦福大學的 CS 190 課程由此誕生。我在課上提出一套軟體設計原則，讓學生透過一系列專案理解並實踐這些原則。授課方式類似傳統英語寫作課：學生先寫草稿，獲得反饋，再修改完善，反覆迭代。在 CS 190 中，學生從零開始開發一個具有相當規模的軟體，隨後我們透過大量程式碼審查找出設計問題，再由學生修改專案、解決問題。這樣，學生就能看到如何運用設計原則改進程式碼。

我已經講授過幾輪這門課程，本書正是根據教學過程中形成的設計原則寫成的。這些原則較為抽象，近乎哲學概念（例如“透過定義來規避錯誤”），學生很難僅憑抽象論述理解它們。最有效的學習方式是親自編寫程式碼、犯錯，再觀察錯誤及其修正與這些原則之間的關係。

讀到這裡，你也許會問：我憑什麼認為自己知道軟體設計的所有答案？坦白說，我並不知道。我學習程式設計時，沒有軟體設計課程，也從未有導師向我傳授設計原則，程式碼審查幾乎還不存在。我對軟體設計的認識，來自親自編寫和閱讀程式碼的經驗。在職業生涯中，我用多種語言編寫了約 25 萬行程式碼。我參與的團隊曾從零構建三個作業系統、多個檔案系統和儲存系統、偵錯程式、構建系統及圖形介面工具包等基礎架構工具、一種腳本語言，以及用於文字、圖形、簡報和積體電路的互動式編輯器。在此過程中，我親身經歷了大型系統的問題，也嘗試了各種設計技術。我還閱讀了大量他人編寫的程式碼，接觸過各種好的和壞的做法。

我試著從這些經驗中找出共同之處，歸納出應當避免的錯誤和值得采用的方法。本書正是這些經驗的總結：書中描述的每個問題我都親身經歷過，推薦的每種技術也都在自己的程式設計實踐中成功使用過。

我並不期望本書成為軟體設計的定論。我肯定遺漏了一些有價值的技術，長遠來看，其中某些建議也可能被證明並不好。但我希望本書能開啟關於軟體設計的討論。請結合自己的經驗，判斷書中的方法是否真的能降低軟體複雜性。本書表達的是我的個人觀點，有些讀者自然不會贊同所有建議。如果你不同意，請試著想清楚原因。我很想了解哪些方法對你有效、哪些無效，以及你對軟體設計的其他想法。希望這些討論能加深我們對軟體設計的共同理解；我也會將從中學到的東西納入本書的未來版本。

與我交流這本書的最好方法是將電子郵件傳送到以下地址：

software-design-book@googlegroups.com

我歡迎關於本書的具體反饋，例如錯誤或改進建議，也希望聽到大家對軟體設計的看法和經驗。我尤其希望收到可用於本書未來版本的有說服力的範例。最好的範例既能說明一項重要設計原則，又足夠簡單，用一兩個段落就能講清楚。如果想閱讀他人發到上述郵箱的內容並參與討論，可以加入 Google Group software-design-book。

如果 Google Group software-design-book 將來因故消失，請在網際網路上搜索我的主頁，那裡會提供最新的本書交流方式。請不要將與圖書相關的電子郵件傳送到我的個人電子郵件地址。

我建議你不要盲從本書的建議。總體目標是降低複雜性，這比書中任何一條具體原則或想法都重要。如果嘗試某種方法後發現它並未降低複雜性，就不必勉強繼續使用（不過，請告訴我你的經歷；無論方法是否有效，我都希望得到反饋）。

許多人提出了批評或建議，以提高本書的品質。以下人員對本書的各種草稿提供了有用的意見：Abutalib Aghayev，Jeff Dean，Will Duquette，Sanjay Ghemawat，John Hartman，Brian Kernighan，James Koppel，Amy Ousterhout，Kay Ousterhout，Rob Pike，Partha Ranganathan，Daniel Rey，Keith Schwartz 和 Alex Snaps。Christos Kozyrakis 為類和介面建議了術語“深”和“淺”，代替了之前有點模糊的術語“厚”和“薄”。我很感激 CS 190 中的學生，閱讀他們的程式碼並與他們討論的過程有助於明確我對設計的想法。