软件工程思维到底有多重要

最近听音频学习，听到一篇有关软件工程思维的文章，挺想分享给大家，以作讨论。
下文转载自 “得到 APP” 万维钢精英日课第三季：《计算机思维 4：工程的复杂》。

这一讲我们要说一个特别厉害的技能，叫做“软件工程”。以我之见，软件工程，可以说是工程管理和综合治理手段的极限。我希望你能从这一讲体会一下如何治理最复杂的系统。

可能你是一个产品经理，主导开发过一款APP。可能你是个企业家，管理一个几万人的大工厂。可能你是个土木工程师，设计过一座跨海大桥。你非常厉害，咱们中国有很多这样的厉害人物。中国是手机 APP 开发大国，中国有很多超大型企业，中国有全世界最长的跨海大桥 ——可是为什么中国就没有属于自己的计算机操作系统呢？为啥国产芯片不行呢？

因为那些事儿，跟现代软件工程相比，还只能算是简单的事儿。

程序员、CEO、计算机科学家，如果是拍一个超级英雄电影的话，这些人都可以是前台的英雄人物。但是躲在幕后操纵世界的，则将是一位、或者几位，软件工程大师。有句话叫“在计算机科学里，软件工程这一部分，对计算机科学家来说太难了。”

不了解软件工程，你就不知道什么叫“大”，什么叫“复杂”。

1.小和大

编程是个非常适合自学成才的项目。很多人不是科班出身，自学编程技术，也容易找到一个程序员的职位，甚至还可以自己开发一个小软件。

但仅限于小软件。比如你可以自己写一个电子邮件客户端程序，或者写一个视频编辑工具。可是如果要开发一个超大型软件，其中涉及到的学问，可就不是自学所能达到的了，那是需要在重大项目的实践中去领悟和提高的。自学也许可以让你成为一个优秀的侠客，而伟大的将帅，则只能用千万士兵的鲜血铸就。

这里面的关键是一个尺度问题。大，是不一样的 [1]。

计算机刚刚出来的时候，程序员都是身上有修士气质的手艺人。编程者经常是孤独的，能说天书一样的语言，想法高深莫测，写出来的代码仿佛有一种暴力美学，他们的眼睛跟显示器一起在黑暗中闪闪发光。编程，是一项神秘的技能。

那时候的程序都是完全自由的 —— 计算机很贵，而程序不要钱。程序员们就好像十九世纪的艺术家一样，偶尔弄个俱乐部或者小作坊，彼此欣赏。

不过这个艺术时代并没有持续多长时间，程序员们很快就陷入了极度的悲观情绪之中。因为……错误。

写代码太容易出错了！代码越写越长，出错的频率不成比例地增加。可能你今天费了很大力气好不容易运行通过了，过了几天、遇到一个没想到的情况，发现还有一个隐藏的错误。有个程序员甚至说，他意识到，也许他的余生，都要在纠正自己的错误中度过……

程序员们终于明白，他们需要工程师思维。

我们之前讲了一些计算机科学的思维，而工程师思维和科学家思维至少有三个重大区别。

第一，科学家是寻找事物的规律，而工程师是去设计一个东西。科学家只要觉得这个规律有意思就可以发表，而工程师得负责任。他得确保这个东西不但要有用，而且还得安全不出事，还得考虑成本，讲究可行性，让人用得上还用得起才行。

第二是对知识的态度。科学家面对知识，是把自己当成一个没有利益攸关的旁观者，感觉看懂了、能总结出规律就行。而工程师，则是参与者。他不能仅仅“懂”这个知识，他是要拿来用的。

第三是对模型的使用。科学家喜欢简化的模型，能抓住实质就行 —— 爱因斯坦有句名言说“什么东西都要越简单越好，要简单到不能再简单为止”。而工程师必须考虑所有的细节，“魔鬼在细节中”是工程师的座右铭。

要把写程序上升到工程的高度，跟以前那种兴趣爱好式的编程可就完全不同了。更进一步，软件工程和传统的工程也不一样。

比如你要修个桥，工程过程中哪里犯个小错误，通常也就是小错误 —— 最多也就是让大桥的质量降级。这座大桥总共有15个桥墩，其中第五个桥墩有个地方没建好，这座桥大致上还能用。但软件就不一样了，程序中的一个小错误很可能就会导致整个系统的崩溃。

这是为啥呢？因为软件不但各处的关联非常密集，而且是个“活”的东西。比如发射火箭，软件是要控制火箭做动作的！哪个动作不对，火箭立即失控。

所以软件不但是个工程，而且比传统工程难得多。那怎么应对这种复杂呢？

2.小思维

早期的软件开发者想出了很多工程化的办法，起到了一定的效果。比如以前都是用汇编语言，后来发明了高级编程语言，程序员就不容易出错……当然，这时候也不需要程序员个个都有修士的气质了。

最重要的一个方法，是把常用、好用的代码封装起来，重复使用。如果这段代码总是被用到，已经被大家测试过很多次了，证明没有毛病，那就不要再改来改去搞定制了，我们应该把它封装成一个“库函数”。库函数具有标准化的输入和输出，程序员下次再用的时候只需要照顾好输入输出，而不必关心函数内部是什么情形 —— 这就能大大降低出错的概率和提高编程的效率。

封装这个思想可以用在软件的各个方面。数据结构、面向对象的编程、文件系统，这些都是封装和分层。这一层的编程不用考虑底下一层的逻辑。

操作系统的内核也是一个类似的智慧。操作系统把最常用的操作计算机的动作，都事先在内核中预备好，而内核经过千锤百炼，不容易出错。等到别人写应用软件的时候，用到相关的动作，就只要调用内核就行，而不必自己直接操作计算机。这就相当于把专业的事儿交给专业的人，也就不那么容易出错了。

所有这些思想都要求对软件开发有个宏观的设计，而不只是吭哧吭哧写代码。然后你还得考虑多个人一起开发一个软件的情形，比如最起码得有个版本控制之类。

到这一步，软件业才算正式成了一个行业。在上世纪五十年代，就已经有公司专门开发软件卖钱。

……可惜这些还远远不够。

软件业从一开始就不是一个做事漂亮的行业。项目总是再延期。好不容易交付了，软件卖出去之后又总是被人发现各种毛病和错误。客户不满意，可是如果真要搞什么售后服务，到现场去给人解决问题，那几乎就是不可完成的任务……而且还有黑客攻击、还有计算机病毒！

我很早以前听过一个笑话，说一个软件工程师嘲笑一个汽车工程师，说“如果汽车行业像计算机行业一样发展，现在汽车应该一毛钱一辆。”但是汽车工程师不以为然，说“可是谁会要一辆动不动就抛锚的汽车呢？”

而早期的软件公司，对此只有两个不是办法的办法。一个办法是尽量去找那些经验丰富、头脑聪明的高水平程序员……一个办法是销售软件的时候干脆附带一个免责声明：如果因为这个软件的毛病给您造成了损失，我们概不负责。

社会对计算机的美好幻想被打破了，软件行业陷入了危机。

3.大思维

软件工程的问题不是你每年能培养多少高水平程序员的问题，而是复杂性问题。

小软件和大软件的根本区别在于尺度。以前一个小软件只有几千行代码，现在一个大软件要有几百万行代码。以前的软件是给一个人用，现在是多个用户共同使用一个软件。更重要的一点是，以前的软件是一个人或者几个人开发的，现在则是大型团队一起开发。

计算机思想家弗瑞德里克·布鲁克斯（Fred Brooks），曾经在上世纪六十年代末率领IBM公司300人的团队开发操作系统。他做完这件事之后很有感触，为此专门写了一本书，叫《人月神话》[2]。

布鲁克斯提出两个感慨。

第一个感慨是，1个人干12个月的活，绝对不是12个人在1个月内能干完的。项目用的程序员越多，平均每个人出活的速度就越慢。所以你规划项目的时候不要算什么“人月”。

第二个感慨是，你这个团队做出来的软件的结构，往往和你这个团队的人员组织管理结构高度相似。所以软件工程不但要管项目，还要管人。

布鲁克斯这本书出来，人们才充分认识到软件工程的难度。现代软件工程要求，软件产品必须达到下面这五个目标，称之为“DRUSS” ——

• Dependable，可信赖，让顾客真能指望上你这个软件；
• Reliable，得可靠，不能总出毛病；
• Usable，软件是给人用的，得让人能够上手；
• Safe，用的时候不能出安全事故；
• Secure，它得不容易被黑客攻击才行。

现代主流操作系统，包括 Windows, Mac 和 Linux，各自都有接近一亿行代码，而且大致实现了这五个方面的要求。而即便是这三个可以说是最成熟的软件系统，其中仍然还有大量的毛病。

那怎么才能获得这种大型软件工程的能力呢？我们前面说的办法都还是小软件思维，剩下的，就只有一些经验之谈，而没有什么特别系统的行动指南了。

比如说，在系统安全方面，软件开发的首要原则是默认不给用户授权。如果非要授权用户接触一个什么东西，就必须得有显性的授权；每个程序进程只能拥有最有限的授权，等等。软件工程就是由这些原则、工作中遇到的规律、前辈传下来的经验组成的。

技术进步能解决一定的问题，比如更多的分层封装，搞虚拟机，客户端和服务器，高级编程语言，交互式开发环境，可视化的控制和数据流，更好的操作系统等等……但是技术解决不了所有的问题。

1987 年的时候，布鲁克斯写了一篇文章叫《没有银弹》[3]，又提出一个洞见：软件工程的根本问题，是人的问题。主导软件开发的这个人，必须得能够理解高度复杂的东西才行。

写程序是永远在更新的技术，软件分为很多层，会出现各种毛病，你得确保产品满足 DRUSS 五方面的要求，你得操很多的心……你得能驾驭复杂。

像这样的人才，都是绝对的帅才。这就好比带兵打仗，你不用说指挥十万人打仗，你能把十万人安全带到战场，不哗变、不闹事、都能吃饱饭就不错了。

布鲁克斯有句名言是这么说的 ——

“好的判断来自经验，而经验来自坏的判断。”（Good judgement comes from experience, and experience comes from bad judgement.）

正所谓一将功成万骨枯，驾驭大型软件工程的能力，只能通过大型软件工程培养出来。

我们前面讲《生命视角》的时候说过，有些创新能力难复制 —— 因为它是长出来的。我们中国有很多软件开发者，但是我们缺少操作系统这种级别的大型软件开发积累。我们有几代程序员试炼出来的库函数吗？我们有 Windows 3.1，Windows 95 的种子吗？我们有前辈开发者总结出来的原则、规律和教训吗？我们有自己的标准和规范吗？软件每天都在更新，但软件工程的背后，是一棵经年累月长出来的大树。

我们这一讲正好赶上最近美国要封锁华为公司，而华为正在搞自己的手机操作系统。在软件工程上另起炉灶是一个几乎不可想象的任务，但是如果真有那样的机会，那就是现在。

咱们倒要让美国人看看，中国公司有没有驾驭复杂的能力。

注释：
[1] 精英日课第一季，《一个大尺度的话题》。
[2] Frederick Phillips "Fred" Brooks, Jr，1999 年图灵奖得主。《人月神话》（The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering，1975）是软件工程的名著。
[3] Frederick Brooks, No Silver Bullet – Essence and Accident in Software Engineering, 1987.