没有银弹－软件工程中的根本和次要问题

IBM大型机之父，Frederick Brooks. 整个论文不太长，有兴趣的同学可以找来读读。在他的经典书《人月神话》中也有收录。在30多年后的今天，我们在知乎上讨论这个问题，他却早就回答了。他的答案，至今看来，都没有一丝一毫需要修改的地方，毫无瑕疵。

布鲁克斯(Frederick Brooks)把软件开发中的困难分为两类： 

essence，可以译为本质困难或者主要问题，指的是软件开发中不可规避的问题，就是软件本身在概念建构上存先天的困难，也就是如何从问题领域，发展出具体的解决方案。 

Accident，可以译为次要因素或次要问题，指的是把解决方案实施到电脑上，所遇到的困难。

他认为软件开发中无法规避的四个特性是：复杂度；一致性；可变性；不可见性。

他还归纳了在次要问题上我们取得的进步：高级语言；分时系统；统一开发环境。

次要问题我们就不展开了，相信大家都可以理解。下面所有就都是摘录了，分别描述了4个主要问题。

复杂度。 

规模上，软件实体可能比任何由人类创造的其他实体要复杂，因为没有任何两个软件部分是相同的（至少是在语句的级别）。如果有相同的情况，我们会把它们合并成供调用的子函数。在这个方面，软件系统与计算机、建筑或者汽车大不相同，后者往往存在着大量重复的部分。数字计算机本身就比人类建造的大多数东西复杂。

计算机拥有大量的状态，这使得构思、描述和测试都非常困难。软件系统的状态又比计算机系统状态多若干个数量级。同样，软件实体的扩展也不仅仅是相同元素重复添加，而必须是不同元素实体的添加。大多数情况下，这些元素以非线性递增的方式交互，因此整个软件的复杂度以更大的非线性级数增长。软件的复杂度是必要属性，不是次要因素。因此，抽掉复杂度的软件实体描述常常也去掉了一些本质属性。

数学和物理学在过去三个世纪取得了巨大的进步，数学家和物理学家们建立模型以简化复杂的现象，从模型中抽取出各种特性，并通过试验来验证这些特性。这些方法之所以可行——是因为模型中忽略的复杂度不是被研究现象的必要属性。当复杂度是本质特性时，这些方法就行不通了。上述软件特有的复杂度问题造成了很多经典的软件产品开发问题。

由于复杂度，团队成员之间的沟通非常困难，导致了产品瑕疵、成本超支和进度延迟；

由于复杂度，列举和理解所有可能的状态十分困难，影响了产品的可靠性；

由于函数的复杂度，函数调用变得困难，导致程序难以使用；由于结构性复杂度，程序难以在不产生副作用的情况下用新函数扩充；

由于结构性复杂度，造成很多安全机制状态上的不可见性。 

复杂度不仅仅导致技术上的困难，还引发了很多管理上的问题。它使全面理解问题变得困难，从而妨碍了概念上的完整性；它使所有离散出口难以寻找和控制；它引起了大量学习和理解上的负担，使开发慢慢演变成了一场灾难。

一致性。

并不是只有软件工程师才面对复杂问题。物理学家甚至在非常“基础”的级别上，面对异常复杂的事物。不过，物理学家坚信必定存在着某种通用原理，或者在夸克中，或者在统一场论中。

爱因斯坦曾不断地重申自然界一定存在着简化的解释，因为上帝不是专横武断或反复无常的。软件工程师却无法从类似的信念中获得安慰，他必须控制的很多复杂度是随心所欲、毫无规则可言的，来自若干必须遵循的人为惯例和系统。它们随接口的不同而改变，随时间的推移而变化，而且，这些变化不是必需的，仅仅由于它们是不同的人——而非上帝——设计的结果。 

某些情况下，因为是开发最新的软件，所以它必须遵循各种接口。另一些情况下，软件的开发目标就是兼容性。在上述的所有情况中，很多复杂性来自保持与其他接口的一致，对软件的任何再设计，都无法简化这些复杂特性。

可变性。

软件实体经常会遭受到持续的变更压力。当然，建筑、汽车、计算机也是如此。不过，工业制造的产品在出厂之后不会经常地发生修改，它们会被后续模型所取代，或者必要更改会被整合到具有相同基本设计的后续产品系列。

汽车的更改十分罕见，计算机的现场调整时有发生。然而，它们和软件的现场修改比起来，都要少很多。其中部分的原因是因为系统中的软件包含了很多功能，而功能是最容易感受变更压力的部分。另外的原因是因为软件可以很容易地进行修改——它是纯粹思维活动的产物，可以无限扩展。

日常生活中，建筑有可能发生变化，但众所周知，建筑修改的成本很高，从而打消了那些想提出修改的人的念头。所有成功的软件都会发生变更。现实工作中，经常发生两种情况。当人们发现软件很有用时，会在原有应用范围的边界，或者在超越边界的情况下使用软件。功能扩展的压力主要来自那些喜欢基本功能，又对软件提出了很多新用法的用户们。其次，软件一定是在某种计算机硬件平台上开发，成功软件的生命期通常比当初的计算机硬件平台要长。即使不是更换计算机，则有可能是换新型号的磁盘、显示器或者打印机。

软件必须与各种新生事物保持一致。简言之，软件产品扎根于文化的母体中，如各种应用、用户、自然及社会规律、计算机硬件等等。后者持续不断地变化着，这些变化无情地强迫着软件随之变化。

不可见性。

软件是不可见的和无法可视化的。例如，几何抽象是强大的工具。建筑平面图能帮助建筑师和客户一起评估空间布局、进出的运输流量和各个角度的视觉效果。

这样，矛盾变得突出，忽略的地方变得明显。同样，机械制图、化学分子模型尽管是抽象模型，但都起了相同的作用。总之，都可以通过几何抽象来捕获物理存在的几何特性。软件的客观存在不具有空间的形体特征。

因此，没有已有的表达方式，就像陆地海洋有地图、硅片有膜片图、计算机有电路图一样。当我们试图用图形来描述软件结构时，我们发现它不仅仅包含一个，而是很多相互关联、重叠在一起的图形。这些图形可能描绘控制流程、数据流、依赖关系、时间序列、名字空间的相互关系等等。它们通常不是有较少层次的扁平结构。

实际上，在上述结构上建立概念控制的一种方法是强制将关联分割，直到可以层次化一个或多个图形。 

除去软件结构上的限制和简化方面的进展，软件仍然保持着无法可视化的固有特性，从而剥夺了一些具有强大功能的概念工具的构造思路。这种缺憾不仅限制了个人的设计过程，也严重地阻碍了相互之间的交流。