(转)如何阅读他人的程序代码（上）

一、读懂程序代码，使心法皆为我所用
 
程序代码是别人写的，只有原作者才真的了解程序代码的用途及涵义。许多程序人心里都有一种不自觉的恐惧感，深怕被迫去碰触其他人所写的程序代码。但是，与其抗拒接收别人的程序代码，不如彻底了解相关的语言和惯例，当成是培养自我实力的基石。
 
  
 
对大多数的程序人来说，撰写程序代码或许是令人开心的一件事情，但我相信，有更多人视阅读他人所写成的程序代码为畏途。许多人宁可自己重新写过一遍程序代码，也不愿意接收别人的程序代码，进而修正错误、维护它们、甚至加强功能。 
 
这其中的关键究竟在何处呢？若是一语道破，其实也很简单，程序代码是别人写的，只有原作者才真的了解程序代码的用途及涵义。许多程序人心里都有一种不自觉的恐惧感，深怕被迫去碰触其他人所写的程序代码。这是来自于人类内心深处对于陌生事物的原始恐惧。 
 
  
 
读懂别人写的程序代码，让你收获满满 
 
不过，基于许多现实的原因，程序人时常受迫要去接收别人的程序代码。例如，同事离职了，必须接手他遗留下来的工作；也有可能你是刚进部门的菜鸟，而同事经验值够了、升级了，风水轮流转，一代菜鸟换菜鸟。甚至，你的公司所承接的项目，必须接手或是整合客户前一个厂商所遗留下来的系统，你们手上只有那套系统的原始码（运气好时，还有数量不等的文件）。 
 
诸如此类的故事，其实时常在程序人身边或身上持续上演着。许多程序人都将接手他人的程序代码，当做一件悲惨的事情。每个人都不想接手别人所撰写的程序代码，因为不想花时间去探索，宁可将生产力花在产生新的程序代码，而不是耗费在了解这些程序代码上。 
 
很遗憾的是，上述的情况对程序人来说很难避免。我们总是必须碰触到其他人所写成的程序代码，甚至必须了解它、加以修改。对于这项需求，在现今开放原始码的风气如此盛行的今日，正如之前的「程序设计2.0」文中所提到的，你可以透过开放原始码学习到新的技术、学习到高手的架构设计，大幅提高学习的效率及效果。你甚至可以直接自开放原始码项目中抽取、提炼出自己所需的程序代码，站在巨人的肩膀上，直接由彼端获得所需的生产力。从这个观点来看，读懂别人所写的程序代码，就不再只是从负面观点的「被迫接收」，而是极具正面价值的「汲取养份」。 
 
  
 
先了解系统架构与行为模式，再细读
 
倘若撰写程序代码是程序人的重要技艺之一，那么读懂别人的程序代码、接着加以修改，也势必是另一个重要的技艺。 
 
如果你不能熟悉这项工作，不仅在遭逢你所不愿面对的局面时，无法解决眼前接手他人程序代码的难题，更重要的是，当你看着眼前现成的程序代码，却不知如何从中撷取自己所需，导致最后只能入宝山空手回，望之兴叹。 
 
接触他人的程序代码，大致上可以分为三种程度：一、了解，二、修改、扩充，三、抽取、提炼。 
 
了解别人的程序代码是最基础的工作，倘若不能了解自己要处理的程序代码，就甭论修改或扩充，更不可能去芜存菁，从中萃取出自己所需，回收再利用别人所撰写的程序代码。 
 
虽说是「阅读」，但程序代码并不像文章或小说一样，透过这种做法，便能够获得一定程度的了解。阅读文章或小说时，几乎都是循序地阅读，你只消翻开第一页，一行行阅读下去即可。但是，有许多程序人在试着阅读其他人的程序代码时，却往往有不知如何读起的困难。 
 
或许找到系统的第一页（也就是程序代码执行的启始点）并不难，但是复杂度高的系统，有时十分庞大，有时千头万绪。 
 
从程序代码的启始点开始读起，一来要循序读完所有的程序代码旷日费时，二来透过这种方式来了解系统，很难在脑中构建出系统的面貌，进而了解到系统真正的行为。所以，阅读程序代码的重点，不在于读完每一行程序代码，而是在于有效率地透过探索及阅读，从而了解系统的架构及行为模式。以便在你需要了解任何片段的细节实作时，能够很快在脑上对映到具体的程序代码位置，直到那一刻，才是细读的时机。 
 
  
 
熟悉沟通语言与惯例用语 
 
不论如何，有些基本的准备，是阅读他人程序代码时必须要有的。 
 
首先，你最好得了解程序代码写成的程序语言。想要读懂法文写成的小说，总不能连法文都不懂吧。有些情况则很特殊。我们虽然不懂该程序代码撰写所用的语言，但是因为现代语言的高阶化，而且流行的程序语言多半都是血统相近，所以即使不那么熟悉，有时也可勉力为之。 
 
除了认识所用语言之外，再来就是要先确认程序代码所用的命名惯例（naming convention）。了解命名惯例很重要，不同的程序人或开发团队，差异可能很大。 
 
这命名惯例涵盖的范围通常包括了变量的名称、函式的名称、类别（如果是面向对象的话）的名称、原始码档案、甚至是项目建构目录的名称。倘若使用了像设计模式之类的方法，这些名称更有一些具体的表述方式。 
 
命名惯例有点像是程序人在程序语言之上，另行建构的一组沟通行话。程序人会透过共通约束、遵守的命名惯例，来表达一些较高阶的概念。例如，有名的匈牙利式命名法，便将变量名称以属性、型别、说明合并在一起描述。对程序人来说，这种方式能够提供更丰富的信息，以了解该变量的作用及性质。 
 
对程序代码阅读来说，熟悉这个做法之所以重要，是因为当你了解整个系统所采用的惯例时，你便能试着以他们所共同操用的语汇来进行理解。倘若，不能了解其所用的惯例，那么这些额外提供的信息，就无法为你所用。像以设计模式写成的程序代码，同样处处充满着模式的名称，诸如：Factory、Facade、Proxy等等。以这些名称指涉的类别，也直接透过名称，表达了它们自身的作用。对于懂得这命名惯例的读者来说，不需要深入探索，也能很快捕捉到这些类别的意义。 
 
当你拿到一套必须阅读的程序代码时，最好先取得命名惯例的说明文件。然而，并不是每套程序代码都附有此类的说明文件。另一个方式，就是自己到程序代码中，大略浏览一遍，有经验的程序人可以轻易发掘出该系统所用的命名惯例。 
 
常见的命名方式不脱那几类，这时候经验就很重要，倘若你知道的惯例越多，就越能轻易识别他人所用的惯例。如果运气很糟，程序代码所用的惯例是前所未见的，那么你也得花点时间归纳，凭自己的力量找出这程序代码命名上的规则。 
 
  
 
掌握程序代码撰写者的心态与习惯 
 
大多数的程序代码，基本上都依循一致的命名惯例。不过运气更差的时候，一套系统中可能会充斥着多套命名惯例。这有可能是因为开发团队由多组人马所构成，每组人马都有不同的文化，而在项目开发管理又没有管控得宜所造成。最糟的情况，程序代码完全没有明显的惯例可言，这时候阅读的难度就更高了。 
 
想要阅读程序代码，得先试着体会程序代码作者的「心」。想要这么做，就得多了解对方所使用的语言，以及惯常运用的语汇。在下一回中，我们将继续探讨阅读程序代码的相关议题。
 
  
 
  
 
 
  
 
   二、摸清架构，便可轻松掌握全貌
 
在本文中，我们的重点放在：要了解一个系统，最好是采取由上至下的方式。先试着捕捉系统架构性的观念，不要过早钻进细节，因为那通常对于你了解全貌，没有多大的帮助。阅读程序代码不需要从第一行读起，我们的目的并不是在于读遍每一段程序代码。
 
  
 
基于许多原因，程序人需要阅读其他人所写成的程序代码。而对程序设计2.0时代的程序人来说，最正面的价值在于，能读懂别人程序的人，才有能力从中萃取自己所需的程序，藉以提高生产力。 
 
  
 
阅读程序代码的目的，在于了解全貌而非细节 
 
想要读懂别人程序代码的根本基础，便是了解对方所用的程序语言及命名惯例。有了这个基础之后，才算是具备了基本的阅读能力。正如我之前提到的──想要读懂法文写成的小说，总不能连法文都不懂吧。阅读程序代码和阅读文学作品，都需要了解撰写所用的语言及作者习用的语汇。 
 
但我们在阅读文学作品通常是采循序的方式，也就是从第一页开始，一行一行地读下去，依循作者为你铺陈的步调，逐渐进到他为你准备好的世界里。 
 
阅读程序代码却大大不同。我们很少从第一行开始读起，因为除非它是很简单的单线程程序，否则很少这么做。因为要是这么做，就很难了解整个系统的全貌。 
 
是的，我们这边提到了一个重点，阅读程序代码的目的在于了解系统的全貌，而不是在于只是为了地毯式的读遍每一段程序代码。 
 
就拿面向对象程序语言所写成的系统来说，整个系统被拆解、分析成为一个个独立的类别。阅读个别类别的程序代码，或许可以明白每项类别对象个别的行为。但对于各类别对象之间如何交互影响、如何协同工作，又很容易陷入盲人摸象的困境。这是因为各类别的程序代码，只描述个别对象的行为，而片段的阅读就只能造就片面的认识。 
 
  
 
由上而下厘清架构后，便可轻易理解组成关系 
 
如果你想要跳脱困境，不想浪费大量时间阅读程序代码，却始终只能捕捉到对系统片段认识，就必须转换到另一种观点来看待系统。从个别的类别行为着手，是由下至上（Bottom-Up）的方法；在阅读程序代码时，却应该先采由上至下（Top-Down）的方式。对程序代码的阅读来说，由上至下意谓着，你得先了解整个系统架构。 
 
系统的架构是整个系统的骨干、支柱。它表现出系统最突出的特征。知道系统架构究竟属于那一种类型，通常大大有益于了解系统的个别组成之间的静态及动态关系。 
 
有些系统因为所用的技术或框架的关系，决定了最上层的架构。例如，采用Java Servlet/JSP技术的应用系统，最外层的架构便是以J2EE（或起码J2EE中的Web Container）为根本。 
 
使用Java Servlet/JSP技术时，决定了某些组成之间的关系。例如，Web Container依据web.xml的内容加载所有的Servlets、Listeners、以及Filters。每当Context发生事件（例如初始化）时，它便会通知Listener类别。每当它收到来自客户端的请求时，便会依循设定的所有Filter Chain，让每个Filter都有机会检查并处理此一请求，最后再将请求导至用来处理该请求的Servlet。 
 
当我们明白某个系统采用这样的架构时，便可以很容易地知道各个组成之间的关系。即使我们还不知道究竟有多少Servlets，但我们会知道，每当收到一个请求时，总是会有个相对应的Servlet来处理它。当想要关注某个请求如何处理时，我应该去找出这个请求对应的Servlet。 
 
  
 
了解架构，必须要加上层次感 
 
同样的，以Java写成的Web应用程序中，也许会应用诸如Struts之类的MVC框架，以及像Hibernate这样的数据存取框架。它们都可以视为最主要的架构下的较次级架构。而各个应用系统，甚至有可能在Struts及Hibernate之下，建立自有的更次级的架构。 
 
也就是说，当我们谈到「架构」这样的观念时，必须要有层次感。而不论是那一层级的架构，都会定义出各自的角色，以及角色间的关系。对阅读者来说，相较于直接切入最细微的单一角色行为，不如了解某个特定的架构中，究竟存在多少角色，以及这些角色之间的互动模式，比较能够帮助我们了解整个系统的运作方式。 
 
这是一个很重要的关键，当你试着进到最细节处之前，应该先试着找出参与的角色，及他们之间的关系。例如，对事件驱动式的架构而言，有3个很重要的角色。一个是事件处理的分派器（Event Dispatcher）、一个是事件产生者（Event Generator）、另一个则是事件处理器（Event Handler）。 
 
事件产生器产生事件，并送至事件分派器，而事件分派器负责找出各事件相对应的事件处理器，并且转交该事件，并命令事件处理器加以处理。像Windows的GUI应用程序，便是采用事件驱动式的架构。 
 
当你知道此类的应用程序皆为事件驱动式的架构时，你便可以进一步得知，在这样的架构下会有3种主要的角色。虽然也许还不清楚整个系统中，究竟会需要处理多少事件的类型，但对你而言，已经建立了对系统全貌最概观的认识。 
 
虽然你还不清楚所有的细节，但诸如确切会有那些事件类型之类的信息，在此刻还不重要──不要忘了，我们采取的是由上而下的方式，要先摸清楚主建筑结构，至于壁纸的花色怎么处理，那是到了尾声时才会做的事。 
 
  
 
探索架构的第一件事：找出系统如何初始化 
 
有经验的程序人，对于时常被运用的架构都很熟悉。常常只需要瞧上几眼，就能明白一个系统所用的架构，自然就能够直接联想到其中会存在的角色，以及角色间的关系。 
 
然而，并不是每个系统所用的架构，都是大众所熟悉，或是一眼能够望穿的。这时候，你需要探索。目标同样要放在界定其中的角色、以及角色间的静态、动态关系。 
 
不论某个系统所采用的架构是否为大部分人所熟知的，在试着探索一个系统的长相时，我们应该找出来几个答案，了解在它所用的架构下，下列这件事是如何被完成的：一、系统如何初始化，二、与这个系统相接的其他系统（或用户）有那些，而相接的接口又是什么；三、系统如何反应各种事件，四、系统如何处理各种异常及错误。 
 
系统如何初始化是很重要的一件事，因为初始化是为了接下来的所有事物而做的准备。从初始化的方式、内容，能知道系统做了什么准备，对于系统会有什么行为展现，也就能得窥一二了。 
 
 
之所以要了解与系统相接的其他系统（或用户），为的是要界定出系统的边界。其他的系统可能会提供输入给我们所探索的系统，也可能接收来自这系统的输出，了解这边界所在，才能确定系统的外观。 
 
而系统所反应的事件类型、以及如何反应，基本上就代表着系统本身的主要行为模式。最后，我们必须了解系统处理异常及错误的方式，这同样也是系统的重要行为，但容易被忽略。 
 
之前，我们提到必须先具备一个系统的语言基础，才能够进一步加以阅读，而在本文中，我们的重点放在：要了解一个系统，最好是采取由上至下的方式。先试着捕捉系统架构性的观念，不要过早钻进细节，因为那通常对于你了解全貌，没有多大的帮助。
 
  
 
  
 
  
 
   三、优质工具在手，读懂程序非难事
 
系统的复杂度往往超过人脑的负荷。阅读程序代码的时候，你会需要更多工具提供协助。使用好的集成开发环境（IDE）或文本编辑器，就能提供最基本的帮助。
 
  
 
阅读程序代码的动作，可以是很原始的，利用最简单的文本编辑器，逐一开启原始码，然后凭借着一己的组织能力，在不同的程序代码间跳跃，拼凑出脑中想要构建的图像。 
 
不过，系统的复杂度往往超过人脑的负荷。阅读程序代码的时候，你会需要更多工具提供协助。使用好的集成开发环境（IDE）或文本编辑器，就能提供最基本的帮助。 
 
  
 
善用文本编辑器或IDE，加速解读程序代码 
 
许多文本编辑器提供了常见程序语言的语法及关键词标示功能。这对于阅读来说，绝对能够起很大的作用。有些文本编辑器（例如我常用的EditPlus及偶而使用的Notepad++），甚至能够自动列出某个原始档中所有定义的函式清单，更允许你直接从清单中选择函式，直接跳跃到该函式的定义位置。这对于阅读程序代码的人来说，就提供了极佳的便利性。 
 
因为在阅读程序代码时，最常做的事，就是随着程序中的某个控制流，将阅读的重心，从某个函式移至它所呼叫的另一个函式。所以对程序人来说，阅读程序代码时最常做的事之一就是：找出某个函式位在那一个原始档里，接着找到该函式所在的位置。 
 
好的IDE能够提供的协助就更多了。有些能够自动呈现一些额外的信息，最有用的莫过于函式的原型宣告了。例如，有些IDE支持当光标停留在某函式名称上一段时间后，它会以Tooltip的方式显示该函式的原型宣告。 
 
对阅读程序代码的人来说，在看到程序代码中呼叫到某个函式时，可以直接利用这样的支持，立即取得和这个函式有关的原型信息，马上就能知道呼叫该函式所传入的各个自变量的意义，而不必等到将该函式的定义位置找出后，才能明白这件事。 
 
  
 
grep是一个基本而极为有用的工具 
 
除了选用好的文本编辑器或IDE之外，还有一个基本、但却极为有用的工具，它就是grep。熟悉Unix操作系统的程序人，对grep这个公用程序多半都不陌生。Grep最大的用途，在于它允许我们搜寻某个目录（包括递归进入所有子目录）中所有指定档案，是否有符合指定条件（常数字符串或正规表示式）档案。 
 
倘若有的话，则能帮你指出所在的位置。这在阅读程序代码时的作用极大。当我们随着阅读的脚步，遇上了任何一个不认识、但自认为重要的类别、函式、数据结构定义或变量，我们就得找出它究竟位在这茫茫程序代码海中的何处，才能将这个图块从未知变为已知。 
 
grep之所以好用，就是在于当我们发现某个未知的事物时，可以轻易地利用它找出这个未知的事物究竟位在何方。此外，虽说grep是Unix的标准公用程序之一，但是像Windows这样子的平台，也有各种类型的grep程序。对于在Windows环境工作的程序人来说，可以自行选用觉得称手的工具。 
 
  
 
gtags可建立索引，让搜寻更有效率 
 
grep虽然好用，但是仍然有一些不足之处。第一个缺点在于它并不会为所搜寻的原始码档案索引。每当你搜寻时，它都会逐一地找出所有的档案，并且读取其中的所有内容，过滤出满足指定条件的档案。当项目的原始码数量太大时，就会产生搜寻效率不高的问题。 
 
第二个缺点是它只是一个单纯的文本文件搜寻工具，本身并不会剖析原始码所对应的语言语法。当我们只想针对「函式」名称进行搜寻时，它有可能将批注中含有该名称的原始码，也一并找了出来。 
 
针对grep的缺点，打算阅读他人程序代码的程序人，可以考虑使用像是gtags这样子的工具。gtags是GNU GLOBAL source code tag system，它不只搜寻文字层次，而且因为具备了各种语言的语法剖析器，所以在搜寻时，可以只针对和语言有关的元素，例如类别名称、函式名称等。 
 
而且，它能针对原始码的内容进行索引，这意谓一旦建好索引之后，每次搜寻的动作，都毋需重新读取所有原始码的内容并逐一搜寻。只需要以现成的索引结构为基础，即可有效率的寻找关键段落。 
 
gtags提供了基于命令行的程序，让你指定原始码所在的目录执行建立索引的动作。它同时也提供程序让你得如同操作grep一般，针对索引结构进行搜寻及检索。它提供了许多有用的检索方式，例如找出项目中定义某个数据结构的档案及定义所在的行号，或者是找出项目中所有引用某数据结构的档案，以及引用处的行号。 
 
这么一来，你就可以轻易地针对阅读程序代码时的需求予以检索。相较于grep所能提供的支持，gtags这样的工具，简直是强大许多。 
 
  
 
再搭配htags制作HTML文件，更是如虎添翼 
 
 
还有一个绝对需要一提的工具。这个叫做htags的工具，能够帮你将已制作完成的索引结构，制作成为一组相互参考的HTML文件。基本上，利用这样的HTML文件阅读程序代码，比起单纯地直接阅读原始码，来得更有结构。原因是阅读程序代码时，这样的HTML文件，已经为你建立起在各个原始码档案片段间跳跃的链结。例如，图一（略）是针对一个有名的开放原始码项目ffmpeg，由gtags所产生出来的HTML文件首页的一部分。 
 
  
 
 
htags工具首先为你找出所有定义main()函式的档案，并且列出所在的函式。找出main()函式，时常是阅读程序代码的第一步，因为main()函式是程序的主要入口点，所有的动作皆由此启动，它是一切事物的源头。 
 
凭借htags制作的HTML文件，你可以轻易地点击超链接，直接进到main()函式所在的代码段，如图二（略）。 
 
  
 
当我们检视上述原始码时，发现av_register_all()是个陌生、无法了解的事物，而想要搞懂它究竟是什么，可以再继续点击这个函式，如图三（略）。这真是太方便了！阅读至此，你会猛然发现，gtags彷佛就是为了阅读程序代码而专门量身打造的利器。