為什么軟件開發(fā)這么難？

　有些人認(rèn)為，一種好的編程語言可以減輕軟件開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，并相應(yīng)地提高他們的效率。

毫無疑問，這在很久以前的匯編和Fortran時(shí)代是真的。

　　然而，現(xiàn)在編程語言已經(jīng)足夠好了，我們?nèi)匀幻媾R著其他一些困難和挑戰(zhàn)。目前，許多開發(fā)人員認(rèn)為編程仍然非常困難，但這些困難與編程語言無關(guān)，原因如下。

1.阿姆達(dá)爾定律。

當(dāng)我們需要執(zhí)行一系列任務(wù)時(shí)，我們會(huì)想到阿姆達(dá)爾定律。這條法律告訴我們，僅通過加快某項(xiàng)任務(wù)獲得的整體速度提高是有限的。

假設(shè)燒開水需要10分鐘，然后煮面條需要10分鐘。即使你找到了加快沸水速度的方法，烹飪時(shí)間也不會(huì)少于10分鐘。無論爐子有多旺，烹飪速度都不可能翻倍。

該定律的數(shù)學(xué)公式是：如果某件事的總時(shí)間比為p，您將永遠(yuǎn)無法獲得超過1/（1-p）的加速比。假設(shè)這部分工作占90%，即p=0.90。在優(yōu)化過程中，如果這部分時(shí)間減少到0，整體工作速度將提高1/（1-0.90）=10倍。

阿姆達(dá)爾定律的關(guān)鍵在于，您可以獲得的大速度提升僅限于優(yōu)化工作的比例　

編程工作困難的原因有很多。簡(jiǎn)單地說，我們可以認(rèn)為這是因?yàn)槲覀冃枰幚淼墓ぷ鞅仨毎凑找欢ǖ捻樞蛲瓿伞．吘梗祟惒⒉簧瞄L(zhǎng)同時(shí)處理許多任務(wù)。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，你可能會(huì)使用建筑工具、閱讀文檔、編寫代碼或參加會(huì)議。當(dāng)然，你也可能會(huì)在會(huì)議上無私地寫代碼，但你只能做同樣的工作，而不能同時(shí)寫代碼和會(huì)議。因此，我們可以使用阿姆達(dá)爾定律，假設(shè)您可以將施工時(shí)間降低到0，但項(xiàng)目的整體速度只能稍微加快一點(diǎn)。您的工作效率仍將受到其他因素的限制。

曾經(jīng)，很難將程序轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行的代碼。很久以前，我們甚至需要將程序轉(zhuǎn)換為1和0，然后不厭其煩地將其輸入計(jì)算機(jī)。我不知道這需要多長(zhǎng)時(shí)間，但我們可以假設(shè)這項(xiàng)工作占編程時(shí)間的90%。這意味著，如果我們能找到更好的方法（如Python）告訴計(jì)算機(jī)該做什么，我們可以將編程效率提高10倍以上。

然而，現(xiàn)在我們的編程語言越來越好，告訴計(jì)算機(jī)做什么的時(shí)間也越來越少。將程序轉(zhuǎn)換為代碼不需要90%的時(shí)間。假設(shè)我們現(xiàn)在只需要10%的時(shí)間。這意味著，即使這部分工作時(shí)間減少到0，效率也只能提高1.11倍。效率比以前低了81倍。

這是因?yàn)槠渌?0%的軟件開發(fā)是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，無論編程語言有多好，不能（直接）減輕我們的負(fù)擔(dān)。

　　2.為什么編程還這么難？

　　傳達(dá)需求

我在這里說的編程工作很困難，但實(shí)際上與編程語言無關(guān)。為了找出原因，暫時(shí)假設(shè)我們根本不使用電腦。你不需要告訴電腦該做什么，但你需要告訴你的朋友該做什么。你不能告訴你的朋友你必須為他們做出所有的決定。

　　你會(huì)發(fā)現(xiàn)解釋關(guān)鍵的背景信息需要很多時(shí)間。你的朋友需要了解程序需要處理的實(shí)際問題，以及你認(rèn)為程序應(yīng)該提供什么功能。你必須解釋所有的縮寫字母和術(shù)語，并討論各種外部因素。

你的朋友需要知道所有可能的情況，有很多細(xì)節(jié)需要處理。

　　同時(shí)，你還需要考慮不同功能的狀態(tài)，用戶可能嘗試的各種動(dòng)作，以及所有可能的事件，你需要和你的朋友討論很多極端的情況。

向你的朋友解釋這一切有幾個(gè)困難。首先，你必須掌握所有的實(shí)際細(xì)節(jié)；其次，你必須了解程序在每種情況下應(yīng)該執(zhí)行的操作；此外，你必須通過你的朋友能夠理解的方式傳達(dá)所有信息。這意味著你必須組織這些信息，以確保易于理解。

　　請(qǐng)注意，到目前為止，我們甚至還沒有提到計(jì)算機(jī)，當(dāng)然，我們也沒有提到編程語言。理解需求，掌握程序應(yīng)該做什么，以及組織表達(dá)是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。

描述與規(guī)格

　　我們很容易混淆描述和規(guī)格之間的區(qū)別，這是我們經(jīng)常進(jìn)入的思維陷阱。如果你只有一個(gè)描述（紅色汽車），你可以測(cè)試實(shí)際情況是否符合描述（紅色，但不是汽車），但這個(gè)描述不足以傳達(dá)如何制造汽車。這就是標(biāo)準(zhǔn)化的目的。

創(chuàng)造事物需要做出很多決定。如果你記錄每個(gè)決定的結(jié)果，你就會(huì)得到一個(gè)（混亂的）規(guī)范。在編寫程序時(shí)，你需要做出這樣的決定，所以僅僅通過描述是不夠的，你需要一個(gè)規(guī)范。當(dāng)我們看到一個(gè)描述（列出文件）時(shí)，我們很容易認(rèn)為這是一個(gè)規(guī)范，所以我們認(rèn)為我們應(yīng)該能夠告訴計(jì)算機(jī)執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作。但事實(shí)上，有很多決定需要考慮（文件應(yīng)該按什么順序列出？每個(gè)文件都有一行嗎？

在編寫程序時(shí)，你得到的規(guī)范通常只是一個(gè)描述。計(jì)算機(jī)不能繪制矩形，它必須知道矩形的顯示位置、大小和顏色。當(dāng)你編寫這個(gè)代碼時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很多尚未做出的決定。做出這些決定需要付出很多努力。我們經(jīng)常犯錯(cuò)誤，把這些工作歸咎于編程語言，但這只是因?yàn)槲覀兒茈y根據(jù)描述創(chuàng)建規(guī)范。

　　計(jì)算機(jī)本身

　　現(xiàn)在，讓我們回到計(jì)算機(jī)上。開發(fā)軟件不僅僅是為了了解軟件應(yīng)該做什么，并將各種想法轉(zhuǎn)換為代碼。計(jì)算機(jī)本身也有許多程序必須解決的問題。您的程序必須在硬件和網(wǎng)絡(luò)上快速運(yùn)行。該程序需要處理機(jī)器故障。工具和協(xié)議的復(fù)雜性使該領(lǐng)域面臨更多的問題。這些困難不是由向計(jì)算機(jī)解釋該做什么的過程造成的，它們也需要解釋。

此外，你需要在腦海中運(yùn)行一些程序。有時(shí)邏輯很容易理解，但有時(shí)你不能把一系列的事件和狀態(tài)都塞進(jìn)腦海里。為了正確理解程序的詳細(xì)信息，在錯(cuò)誤的情況下修復(fù)程序，您需要了解程序本身在各種情況下的狀態(tài)。

　　編寫代碼的過程可以讓你清楚地掌握程序的工作方法。然而，這個(gè)程序永遠(yuǎn)不會(huì)停止改變。你會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，添加新的功能或修改現(xiàn)有的行為。即使最初的組織方法非常有效，這并不意味著它的結(jié)構(gòu)總是正確的。你需要花時(shí)間結(jié)合各種情況，考慮未來的需求，并在事故發(fā)生時(shí)清理混亂。

　　人員合作

　　很多時(shí)候，我們需要與他人合作編寫程序，這也會(huì)帶來挑戰(zhàn)。

所有的團(tuán)隊(duì)成員都必須各司其職。為了不妨礙他們之間的工作，你必須分工。為了建立合理的分工，您首先需要了解程序的結(jié)構(gòu)（請(qǐng)參見康威定律）。

如果你有多個(gè)團(tuán)隊(duì)，情況會(huì)更復(fù)雜。每個(gè)團(tuán)隊(duì)都有不同的目標(biāo)，所以你必須權(quán)衡各個(gè)方面。有時(shí)，一個(gè)決定對(duì)其他團(tuán)隊(duì)非常有益，但它會(huì)阻礙你的工作。很難設(shè)身處地為他人著想，找到合理的妥協(xié)計(jì)劃，但必須完成。

　　在大型項(xiàng)目中，沒有一個(gè)團(tuán)隊(duì)能理解整個(gè)系統(tǒng)，更不用說一個(gè)人了。然而，您仍然需要了解系統(tǒng)的各個(gè)部分是如何設(shè)計(jì)和組織的。這比你自己承擔(dān)整個(gè)設(shè)計(jì)要困難。

雖然與人打交道并不是真正意義上的編寫代碼，但它也是軟件開發(fā)中非常重要的一部分。

　　3.如何解決軟件開發(fā)的外部問題？

　　我們可以找到一些不受阿姆達(dá)爾法律限制的方法。如果每個(gè)任務(wù)的速度不是完全獨(dú)立的（例如，優(yōu)化一個(gè)任務(wù)可以加快另一個(gè)任務(wù)的速度），我們希望通過技術(shù)解決方案來改善這個(gè)問題。

我們需要更好的語言和發(fā)展環(huán)境。如果我們可以用更少的人編寫程序（例如，兩個(gè)人可以取代整個(gè)團(tuán)隊(duì)，或者一個(gè)團(tuán)隊(duì)可以取代一個(gè)部門），我們可以減少組織規(guī)模。如果同一個(gè)人編寫接口的前后平臺(tái)，則無需開會(huì)討論。生產(chǎn)率的提高不僅可以降低編寫代碼的成本，還可以改變工作方式，從而降低其他工作的成本。盡管如此，這種方法也有局限性，因?yàn)槌绦騿T無法將所有業(yè)務(wù)納入他們的腦海。

迭代速度是另一個(gè)杠桿。你需要知道如何編寫程序。