本着什么原则，才能写出优秀的代码？
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2022-02-24 20:32
作为一名程序员，最不爱干的事情，除了开会之外，可能就是看别人的代码。
有的时候，新接手一个项目，打开代码一看，要不是身体好的话，可能直接气到晕厥。
风格各异，没有注释，甚至连最基本的格式缩进都做不到。这些代码存在的意义，可能就是为了证明一句话：又不是不能跑。
在这个时候，大部分程序员的想法是：这烂代码真是不想改，还不如直接重写。
但有的时候，我们看一些著名的开源项目时，又会感叹，代码写得真好，优雅。为什么好呢？又有点说不出来，总之就是好。
那么，这篇文章就试图分析一下好代码都有哪些特点，以及本着什么原则，才能写出优秀的代码。
初级阶段
先说说比较基本的原则，只要是程序员，不管是高级还是初级，都会考虑到的。
这只是列举了一部分，还有很多，我挑选四项简单举例说明一下。
格式统一 命名规范 注释清晰 避免重复代码
以下用 Python 代码分别举例说明：
格式统一
格式统一包括很多方面，比如 import 语句，需要按照如下顺序编写：
Python 标准库模块 Python 第三方模块 应用程序自定义模块
然后每部分间用空行分隔。
import os
import sys
import msgpack
import zmq
import foo
再比如，要添加适当的空格，像下面这段代码；
i=i+1
submitted +=1
x = x*2 - 1
hypot2 = x*x + y*y
c = (a+b) * (a-b)
代码都紧凑在一起了，很影响阅读。
i = i + 1
submitted += 1
x = x * 2 - 1
hypot2 = x * x + y * y
c = (a + b) * (a - b)
添加空格之后，立刻感觉清晰了很多。
还有就是像 Python 的缩进，其他语言的大括号位置，是放在行尾，还是另起新行，都需要保证统一的风格。
有了统一的风格，会让代码看起来更加整洁。
命名规范
好的命名是不需要注释的，只要看一眼命名，就能知道变量或者函数的作用。
比如下面这段代码：
a = 'zhangsan'
b = 0
a 可能还能猜到，但当代码量大的时候，如果满屏都是 a，b，c，d，那还不得原地爆炸。
把变量名稍微改一下，就会使语义更加清晰：
username = 'zhangsan'
count = 0
还有就是命名要风格统一。如果用驼峰就都用驼峰，用下划线就都用下划线，不要有的用驼峰，有点用下划线，看起来非常分裂。
注释清晰
看别人代码的时候，最大的愿望就是注释清晰，但在自己写代码时，却从来不写。
但注释也不是越多越好，我总结了以下几点：
注释不限于中文或英文，但最好不要中英文混用 注释要言简意赅，一两句话把功能说清楚 能写文档注释应该尽量写文档注释 比较重要的代码段，可以用双等号分隔开，突出其重要性
举个例子：
# =====================================
# 非常重要的函数，一定谨慎使用 !!!
# =====================================
def func(arg1, arg2):
"""在这里写函数的一句话总结(如: 计算平均值).
这里是具体描述.
参数
----------
arg1 : int
arg1的具体描述
arg2 : int
arg2的具体描述
返回值
-------
int
返回值的具体描述
参看
--------
otherfunc : 其它关联函数等...
示例
--------
示例使用doctest格式, 在`>>>`后的代码可以被文档测试工具作为测试用例自动运行
>>> a=[1,2,3]
>>> print [x + 3 for x in a]
[4, 5, 6]
"""
避免重复代码
随着项目规模变大，开发人员增多，代码量肯定也会增加，避免不了的会出现很多重复代码，这些代码实现的功能是相同的。
虽然不影响项目运行，但重复代码的危害是很大的。最直接的影响就是，出现一个问题，要改很多处代码，一旦漏掉一处，就会引发 BUG。
比如下面这段代码：
import time
def funA():
start = time.time()
for i in range(1000000):
pass
end = time.time()
print("funA cost time = %f s" % (end-start))
def funB():
start = time.time()
for i in range(2000000):
pass
end = time.time()
print("funB cost time = %f s" % (end-start))
if __name__ == '__main__':
funA()
funB()
funA() 和 funB() 中都有输出函数运行时间的代码，那么就适合将这些重复代码抽象出来。
比如写一个装饰器：
def warps():
def warp(func):
def _warp(*args, **kwargs):
start = time.time()
func(*args, **kwargs)
end = time.time()
print("{} cost time = {}".format(getattr(func, '__name__'), (end-start)))
return _warp
return warp
这样，通过装饰器方法，实现了同样的功能。以后如果需要修改的话，直接改装饰器就好了，一劳永逸。
进阶阶段
当代码写时间长了之后，肯定会对自己有更高的要求，而不只是格式，注释这些基本规范。
但在这个过程中，也是有一些问题需要注意的，下面就来详细说说。
炫技
第一个要说的就是「炫技」，当对代码越来越熟悉之后，总想写一些高级用法。但现实造成的结果就是，往往会使代码过度设计。
这不得不说说我的亲身经历了，曾经有一段时间，我特别迷恋各种高级用法。
有一次写过一段很长的 SQL，而且很复杂，里面甚至还包含了一个递归调用。有「炫技」嫌疑的 Python 代码就更多了，往往就是一行代码包含了 N 多魔术方法。
然后在写完之后漏出满意的笑容，感慨自己技术真牛。
结果就是各种被骂，更重要的是，一个星期之后，自己都看不懂了。
其实，代码并不是高级方法用的越多就越牛，而是要找到最适合的。
越简单的代码，越清晰的逻辑，就越不容易出错。而且在一个团队中，你的代码并不是你一个人维护，降低别人阅读，理解代码的成本也是很重要的。
脆弱
第二点需要关注的是代码的脆弱性，是否细微的改变就可能引起重大的故障。
代码里是不是充满了硬编码？如果是的话，则不是优雅的实现。很可能导致每次性能优化，或者配置变更就需要修改源代码。甚至还要重新打包，部署上线，非常麻烦。
而把这些硬编码提取出来，设计成可配置的，当需要变更时，直接改一下配置就可以了。
再来，对参数是不是有校验？或者容错处理？假如有一个 API 被第三方调用，如果第三方没按要求传参，会不会导致程序崩溃？
举个例子：
page = data['page']
size = data['size']
这样的写法就没有下面的写法好：
page = data.get('page', 1)
size = data.get('size', 10)
继续，项目中依赖的库是不是及时升级更新了？
积极，及时的升级可以避免跨大版本升级，因为跨大版本升级往往会带来很多问题。
还有就是在遇到一些安全漏洞时，升级是一个很好的解决办法。
最后一点，单元测试完善吗？覆盖率高吗？
说实话，程序员喜欢写代码，但往往不喜欢写单元测试，这是很不好的习惯。
有了完善，覆盖率高的单元测试，才能提高项目整体的健壮性，才能把因为修改代码带来的 BUG 的可能性降到最低。
重构
随着代码规模越来越大，重构是每一个开发人员都要面对的功课，Martin Fowler 将其定义为：在不改变软件外部行为的前提下，对其内部结构进行改变，使之更容易理解并便于修改。
重构的收益是明显的，可以提高代码质量和性能，并提高未来的开发效率。
但重构的风险也很大，如果没有理清代码逻辑，不能做好回归测试，那么重构势必会引发很多问题。
这就要求在开发过程中要特别注重代码质量。除了上文提到的一些规范之外，还要注意是不是滥用了面向对象编程原则，接口之间设计是不是过度耦合等一系列问题。
那么，在开发过程中，有没有一个指导性原则，可以用来规避这些问题呢？
当然是有的，接着往下看。
高级阶段
最近刚读完一本书，Bob 大叔的《架构整洁之道》，感觉还是不错的，收获很多。
全书基本上是在描述软件设计的一些理论知识。大体分成三个部分：编程范式（结构化编程、面向对象编程和函数式编程），设计原则（主要是 SOLID），以及软件架构（其中讲了很多高屋建翎的内容）。
总体来说，这本书中的内容可以让你从微观（代码层面）和宏观（架构层面）两个层面对整个软件设计有一个全面的了解。
其中 SOLID 就是指面向对象编程和面向对象设计的五个基本原则，在开发过程中适当应用这五个原则，可以使软件维护和系统扩展都变得更容易。
五个基本原则分别是：
单一职责原则（SRP） 开放封闭原则（OCP) 里氏替换原则（LSP） 接口隔离原则（ISP） 依赖倒置原则（DIP）
单一职责原则（SRP）
A class should have one, and only one, reason to change. – Robert C Martin
一个软件系统的最佳结构高度依赖于这个系统的组织的内部结构，因此每个软件模块都有且只有一个需要被改变的理由。
这个原则非常容易被误解，很多程序员会认为是每个模块只能做一件事，其实不是这样。
举个例子：
假如有一个类 T，包含两个函数，分别是 A() 和 B()，当有需求需要修改 A() 的时候，但却可能会影响 B() 的功能。
这就不是一个好的设计，说明 A() 和 B() 耦合在一起了。
开放封闭原则（OCP)
Software entities should be open for extension, but closed for modification. – Bertrand Meyer, Object-Oriented Software Construction
如果软件系统想要更容易被改变，那么其设计就必须允许新增代码来修改系统行为，而非只能靠修改原来的代码。
通俗点解释就是设计的类对扩展是开放的，对修改是封闭的，即可扩展，不可修改。
看下面的代码示例，可以简单清晰地解释这个原则。
void DrawAllShape(ShapePointer list[], int n)
{
int i;
for (i = 0; i < n; i++)
{
struct Shape* s = list[i];
switch (s->itsType)
{
case square:
DrawSquare((struct Square*)s);
break;
case circle:
DrawSquare((struct Circle*)s);
break;
default:
break;
}
}
}
上面这段代码就没有遵守 OCP 原则。
假如我们想要增加一个三角形，那么就必须在 switch 下面新增一个 case。这样就修改了源代码，违反了 OCP 的封闭原则。
缺点也很明显，每次新增一种形状都需要修改源代码，如果代码逻辑复杂的话，发生问题的概率是相当高的。
class Shape
{
public:
virtual void Draw() const = 0;
}
class Square: public Shape
{
public:
virtual void Draw() const;
}
class Circle: public Shape
{
public:
virtual void Draw() const;
}
void DrawAllShapes(vector& list)
{
vector::iterator I;
for (i = list.begin(): i != list.end(); i++)
{
(*i)->Draw();
}
}
通过这样修改，代码就优雅了很多。这个时候如果需要新增一种类型，只需要增加一个继承 Shape 的新类就可以了。完全不需要修改源代码，可以放心扩展。
里氏替换原则（LSP）
Require no more, promise no less.– Jim Weirich
这项原则的意思是如果想用可替换的组件来构建软件系统，那么这些组件就必须遵守同一个约定，以便让这些组件可以相互替换。
里氏替换原则可以从两方面来理解：
第一个是继承。如果继承是为了实现代码重用，也就是为了共享方法，那么共享的父类方法就应该保持不变，不能被子类重新定义。
子类只能通过新添加方法来扩展功能，父类和子类都可以实例化，而子类继承的方法和父类是一样的，父类调用方法的地方，子类也可以调用同一个继承得来的，逻辑和父类一致的方法，这时用子类对象将父类对象替换掉时，当然逻辑一致，相安无事。
第二个是多态，而多态的前提就是子类覆盖并重新定义父类的方法。
为了符合 LSP，应该将父类定义为抽象类，并定义抽象方法，让子类重新定义这些方法。当父类是抽象类时，父类就是不能实例化，所以也不存在可实例化的父类对象在程序里，也就不存在子类替换父类实例（根本不存在父类实例了）时逻辑不一致的可能。
举个例子，看下面这段代码：
class A{
public int func1(int a, int b){
return a - b;
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
A a = new A();
System.out.println("100-50=" + a.func1(100, 50));
System.out.println("100-80=" + a.func1(100, 80));
}
}
输出；
100-50=50
100-80=20
现在，我们新增一个功能：完成两数相加，然后再与 100 求和，由类 B 来负责。即类 B 需要完成两个功能：
两数相减 两数相加，然后再加 100
现在代码变成了这样：
class B extends A{
public int func1(int a, int b){
return a + b;
}
public int func2(int a, int b){
return func1(a,b) + 100;
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args){
B b = new B();
System.out.println("100-50=" + b.func1(100, 50));
System.out.println("100-80=" + b.func1(100, 80));
System.out.println("100+20+100=" + b.func2(100, 20));
}
}
输出；
100-50=150
100-80=180
100+20+100=220
可以看到，原本正常的减法运算发生了错误。原因就是类 B 在给方法起名时重写了父类的方法，造成所有运行相减功能的代码全部调用了类 B 重写后的方法，造成原本运行正常的功能出现了错误。
这样做就违反了 LSP，使程序不够健壮。更通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖、聚合，组合等关系代替。
接口隔离原则（ISP）
Clients should not be forced to depend on methods they do not use. –Robert C. Martin
软件设计师应该在设计中避免不必要的依赖。
ISP 的原则是建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口，尽量细化接口，接口中的方法要尽量少。
也就是说，我们要为各个类建立专用的接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。
在程序设计中，依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。
单一职责与接口隔离的区别：
单一职责原则注重的是职责；而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。 单一职责原则主要是约束类，其次才是接口和方法，它针对的是程序中的实现和细节；而接口隔离原则主要约束接口。
举个例子：
首先解释一下这个图的意思：
「犬科」类依赖「接口 I」中的方法：「捕食」，「行走」，「奔跑」；「鸟类」类依赖「接口 I」中的方法「捕食」，「滑翔」，「飞翔」。
「宠物狗」类与「鸽子」类分别是对「犬科」类与「鸟类」类依赖的实现。
对于具体的类：「宠物狗」与「鸽子」来说，虽然他们都存在用不到的方法，但由于实现了「接口 I」，所以也 必须要实现这些用不到的方法，这显然是不好的设计。
如果将这个设计修改为符合接口隔离原则的话，就必须对「接口 I」进拆分。
在这里，我们将原有的「接口 I」拆分为三个接口，拆分之后，每个类只需实现自己需要的接口即可。
依赖倒置原则（DIP）
High-level modules should not depend on low-level modules. Both should depend on abstractions. Abstractions should not depend on details. Details should depend on abstractions.– Robert C. Martin
高层策略性的代码不应该依赖实现底层细节的代码。
这话听起来就让人听不明白，我来翻译一下。大概就是说在写代码的时候，应该多使用稳定的抽象接口，少依赖多变的具体实现。
举个例子：
看下面这段代码：
public class Test {
public void studyJavaCourse() {
System.out.println("张三正在学习 Java 课程");
}
public void studyDesignPatternCourse() {
System.out.println("张三正在学习设计模式课程");
}
}
上层直接调用：
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
test.studyJavaCourse();
test.studyDesignPatternCourse();
}
这样写乍一看并没有什么问题，功能也实现的好好的，但仔细分析，却并不简单。
第一个问题：
如果张三又新学习了一门课程，那么就需要在 Test() 类中增加新的方法。随着需求增多，Test() 类会变得非常庞大，不好维护。
而且，最理想的情况是，新增代码并不会影响原有的代码，这样才能保证系统的稳定性，降低风险。
第二个问题：
Test() 类中方法实现的功能本质上都是一样的，但是却定义了三个不同名字的方法。那么有没有可能把这三个方法抽象出来，如果可以的话，代码的可读性和可维护性都会增加。
第三个问题：
业务层代码直接调用了底层类的实现细节，造成了严重的耦合，要改全改，牵一发而动全身。
基于 DIP 来解决这个问题，势必就要把底层抽象出来，避免上层直接调用底层。
抽象接口：
public interface ICourse {
void study();
}
然后分别为 JavaCourse 和 DesignPatternCourse 编写一个类：
public class JavaCourse implements ICourse {
@Override
public void study() {
System.out.println("张三正在学习 Java 课程");
}
}
public class DesignPatternCourse implements ICourse {
@Override
public void study() {
System.out.println("张三正在学习设计模式课程");
}
}
最后修改 Test() 类：
public class Test {
public void study(ICourse course) {
course.study();
}
}
现在，调用方式就变成了这样：
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
test.study(new JavaCourse());
test.study(new DesignPatternCourse());
}
通过这样开发，上面提到的三个问题得到了完美解决。
其实，写代码并不难，通过什么设计模式来设计架构才是最难的，也是最重要的。
所以，下次有需求的时候，不要着急写代码，先想清楚了再动手也不迟。
这篇文章写的特别辛苦，主要是后半部分理解起来有些困难。而且有一些原则也确实没有使用经验，单靠文字理解还是差点意思，体会不到精髓。
其实，文章中的很多要求我都做不到，总结出来也相当于是对自己的一个激励。以后对代码要更加敬畏，而不是为了实现功能草草了事。写出健壮，优雅的代码应该是每个程序员的目标，与大家共勉。
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参考资料：
《架构整洁之道》 https://www.cyningsun.com/08-03-2019/solid-go-design-cn.html https://blog.csdn.net/yabay2208/article/details/73739514 https://zhuanlan.zhihu.com/p/92488185