前言

人们为电子计算机编写程序已有 80 多年，但令人惊讶的是，对于如何设计程序、好的程序应该是什么样，讨论却一直很少。相比之下，软件开发过程（如敏捷开发）和开发工具（如调试器、版本控制系统、测试覆盖工具）已经得到了广泛讨论。面向对象编程、函数式编程等编程技术，以及设计模式和算法，也已有大量分析。这些讨论都很有价值，但软件设计的核心问题仍很少被触及。David Parnas 的经典论文“关于将系统分解成模块的标准”发表于 1971 年，此后 45 年间，软件设计的水平并未在这篇论文的基础上取得多少进展。

计算机科学中最基本的问题是 问题分解：如何将一个复杂的问题分解为可以独立解决的部分。问题分解是程序员每天都要面对的首要设计任务，但是，除了这本书里描述的工作之外，我还没有在任何一所大学里找到一门以问题分解为中心的课程。我们讲授 for 循环和面向对象的程序设计，而不是软件设计。

此外，程序员之间的代码质量和开发效率差异很大，但我们很少探究最优秀的程序员为何如此出色，也很少在课堂上传授相应技能。我曾与几位自己认为很优秀的程序员交谈，但其中大多数人也难以说清，究竟是哪些具体方法让他们占据优势。许多人认为软件设计是一种无法教授的天赋。然而，大量科学证据表明，在许多领域，相比先天能力，杰出表现与高质量练习的关系更密切（例如，参阅 Geoff Colvin 的《哪来的天才？练习中的平凡与伟大》）。

多年来，这些问题一直让我困惑和沮丧。我想知道软件设计能否通过教学传授，也猜想设计能力正是优秀程序员与普通程序员的区别所在。最终，我认定，回答这些问题的唯一办法，就是尝试亲自开设一门软件设计课，斯坦福大学的 CS 190 课程由此诞生。我在课上提出一套软件设计原则，让学生通过一系列项目理解并实践这些原则。授课方式类似传统英语写作课：学生先写草稿，获得反馈，再修改完善，反复迭代。在 CS 190 中，学生从零开始开发一个具有相当规模的软件，随后我们通过大量代码审查找出设计问题，再由学生修改项目、解决问题。这样，学生就能看到如何运用设计原则改进代码。

我已经讲授过几轮这门课程，本书正是根据教学过程中形成的设计原则写成的。这些原则较为抽象，近乎哲学概念（例如“通过定义来规避错误”），学生很难仅凭抽象论述理解它们。最有效的学习方式是亲自编写代码、犯错，再观察错误及其修正与这些原则之间的关系。

读到这里，你也许会问：我凭什么认为自己知道软件设计的所有答案？坦白说，我并不知道。我学习编程时，没有软件设计课程，也从未有导师向我传授设计原则，代码审查几乎还不存在。我对软件设计的认识，来自亲自编写和阅读代码的经验。在职业生涯中，我用多种语言编写了约 25 万行代码。我参与的团队曾从零构建三个操作系统、多个文件系统和存储系统、调试器、构建系统及图形界面工具包等基础架构工具、一种脚本语言，以及用于文本、图形、演示文稿和集成电路的交互式编辑器。在此过程中，我亲身经历了大型系统的问题，也尝试了各种设计技术。我还阅读了大量他人编写的代码，接触过各种好的和坏的做法。

我试着从这些经验中找出共同之处，归纳出应当避免的错误和值得采用的方法。本书正是这些经验的总结：书中描述的每个问题我都亲身经历过，推荐的每种技术也都在自己的编程实践中成功使用过。

我并不期望本书成为软件设计的定论。我肯定遗漏了一些有价值的技术，长远来看，其中某些建议也可能被证明并不好。但我希望本书能开启关于软件设计的讨论。请结合自己的经验，判断书中的方法是否真的能降低软件复杂性。本书表达的是我的个人观点，有些读者自然不会赞同所有建议。如果你不同意，请试着想清楚原因。我很想了解哪些方法对你有效、哪些无效，以及你对软件设计的其他想法。希望这些讨论能加深我们对软件设计的共同理解；我也会将从中学到的东西纳入本书的未来版本。

与我交流这本书的最好方法是将电子邮件发送到以下地址：

software-design-book@googlegroups.com

我欢迎关于本书的具体反馈，例如错误或改进建议，也希望听到大家对软件设计的看法和经验。我尤其希望收到可用于本书未来版本的有说服力的示例。最好的示例既能说明一项重要设计原则，又足够简单，用一两个段落就能讲清楚。如果想阅读他人发到上述邮箱的内容并参与讨论，可以加入 Google Group software-design-book。

如果 Google Group software-design-book 将来因故消失，请在互联网上搜索我的主页，那里会提供最新的本书交流方式。请不要将与图书相关的电子邮件发送到我的个人电子邮件地址。

我建议你不要盲从本书的建议。总体目标是降低复杂性，这比书中任何一条具体原则或想法都重要。如果尝试某种方法后发现它并未降低复杂性，就不必勉强继续使用（不过，请告诉我你的经历；无论方法是否有效，我都希望得到反馈）。

许多人提出了批评或建议，以提高本书的质量。以下人员对本书的各种草稿提供了有用的意见：Abutalib Aghayev，Jeff Dean，Will Duquette，Sanjay Ghemawat，John Hartman，Brian Kernighan，James Koppel，Amy Ousterhout，Kay Ousterhout，Rob Pike，Partha Ranganathan，Daniel Rey，Keith Schwartz 和 Alex Snaps。Christos Kozyrakis 为类和接口建议了术语“深”和“浅”，代替了之前有点模糊的术语“厚”和“薄”。我很感激 CS 190 中的学生，阅读他们的代码并与他们讨论的过程有助于明确我对设计的想法。