谈程序的正确性

不管在学术圈还是在工业界,总有很多人过度的关心所谓“程序的正确性”,有些甚至到了战战兢兢,舍本逐末的地步。下面举几个例子:

  • 很多人把测试(test)看得过于重要。代码八字还没一撇呢,就吵着要怎么怎么严格的测试,防止“将来”有人把代码改错了。这些人到后来往往被测试捆住了手脚,寸步难行。不但代码bug百出,连测试里面也很多bug。
  • 有些人对于“使用什么语言”这个问题过度的在乎,仿佛只有用最新最酷,功能最多的语言,他们才能完成一些很基本的任务。这种人一次又一次的视一些新语言为“灵丹妙药”,然后一次又一次的幻灭,最后他们什么有用的代码也没写出来。
  • 有些人过度的重视所谓“类型安全”(type safety),经常抱怨手头的语言缺少一些炫酷的类型系统功能,甚至因此说没法写代码了!他们没有看到,即使缺少一些由编译器静态保障的类型安全,代码其实一点问题都没有,而且也许更加简单。
  • 有些人走上极端,认为所有的代码都必须使用所谓“形式化方法”(formal methods),用机器定理证明的方式来确保它100%的没有错误。这种人对于证明玩具大小的代码乐此不疲,结果一辈子也没写出过能解决实际问题的代码。

100%可靠的代码,这是多么完美的理想!可是到最后你发现,天天念叨着要“正确性”,“可靠性”的人,几乎总是眼高手低,说的比做的多。自己没写出什么解决实际问题的代码,倒是很喜欢对别人的“代码质量”评头论足。这些人自己的代码往往复杂不堪,喜欢使用各种看似高深的奇技淫巧,用以保证所谓“正确”。他们的代码被很多所谓“测试工具”和“类型系统”捆住手脚,却仍然bug百出。到后来你逐渐发现,对“正确性”的战战兢兢,其实是这些人不解决手头问题的借口。

衡量程序最重要的标准

这些人其实不明白一个重要的道理:你得先写出程序,才能开始谈它的正确性。看一个程序好不好,最重要的标准,是看它能否有效地解决问题,而不是它是否正确。如果你的程序没有解决问题,或者解决了错误的问题,或者虽然解决问题但却非常难用,那么这程序再怎么正确,再怎么可靠,都不是好的程序。

正确不等于简单,不等于优雅,不等于高效。一个不简单,不优雅,效率低的程序,就算你费尽周折证明了它的正确,它仍然不会很好的工作。这就像你得先有了房子,才能开始要求房子是安全的。想想吧,如果一个没有房子的流浪汉,路过一座没有人住的房子,他会因为这房子“不是100%安全”,而继续在野外风餐露宿吗?写出代码就像有了房子,而代码的正确性,就像房子的安全性。写出可以解决问题的程序,永远是第一位的。而这个程序的正确性,不管它如何的重要,永远是第二位的。对程序的正确性的强调,永远不应该高于写出程序本身。

每当谈起这个问题,我就喜欢打一个比方:如果“黎曼猜想”被王垠证明出来了,它会改名叫“王垠定理”吗?当然不会。它会被叫做“黎曼定理”!这是因为,无论一个人多么聪明多么厉害,就算他能够证明出黎曼猜想,但这个猜想并不是他最先想出来的。如果黎曼没有提出这个猜想,你根本不会想到它,又何谈证明呢?所以我喜欢说,一流的数学家提出猜想,二流的数学家证明别人的猜想。同样的道理,写出解决问题的代码的人,比起那些去证明(测试)他的代码正确性的人,永远是更重要的。因为如果他没写出这段代码,你连要证明(测试)什么都不知道!

如何提高程序的正确性

话说回来,虽然程序的正确性相对于解决问题,处于相对次要的地位,然而它确实是不可忽视的。但这并不等于天天鼓吹要“测试”,要“形式化证明”,就可以提高程序的正确性。

如果你深入研究过程序的逻辑推导就会知道,测试和形式化证明的能力都是非常有限的。测试只能测试到最常用的情况,而无法覆盖所有的情况。别被所谓“测试覆盖”(test coverage)给欺骗了。一行代码被测试覆盖而没有出错,并不等于在那里不会出错。一行代码是否出错,取决于在它运行之前所经过的所有条件。这些条件的数量是组合爆炸关系,基本上没有测试能够覆盖所有这些前提条件。

形式化方法对于非常简单直接的程序是有效的,然而一旦程序稍微大点,形式化方法就寸步难行。你也许没有想到,你可以用非常少的代码,写出Collatz Conjecture这样至今没人证明出来的数学猜想。实际使用中的代码,比这种数学猜想要复杂不知道多少倍。你要用形式化方法去证明所有的代码,基本上等于你永远也没法完成项目。

那么提高程序正确性最有效的方法是什么呢?在我看来,最有效的方法莫过于对代码反复琢磨推敲,让它变得简单,直观,直到你一眼就可以看得出它不可能有问题。

文章转自@王垠

程序员日常

当发现别人的代码有bug:卧槽,这个大傻逼
当发现自己的代码有bug:哥就是牛逼,隐藏这么深都能被哥发现
当发现别人写了一个大函数:傻逼一个,写的是一坨屎啊
当发现自己写了一个大函数:这么复杂的逻辑哥都能搞定,太特么牛掰了
这是程序员的一种病,得治!!!