编程的艺术--王垠

编程是一件创造性的工作，是一门艺术。精通任何一门艺术，都需要很多的练习和领悟，所以这里提出的“智慧”，并不是号称三天瘦二十斤的减肥药，它并不能代替你自己的勤奋。然而我希望它能给迷惑中的人们指出一些正确的方向，让他们少走一些弯路，基本做到一分耕耘一分收获。

反复推敲代码

既然“天才是百分之一的灵感，百分之九十九的汗水”，那我先来谈谈这汗水的部分吧。有人问我，提高编程水平最有效的办法是什么？我想了很久，终于发现最有效的办法，其实是反反复复地修改和推敲代码。

在IU的时候，由于Dan Friedman的严格教导，我们以写出冗长复杂的代码为耻。如果你代码多写了几行，这老顽童就会大笑，说：“当年我解决这个问题，只写了5行代码，你再回去想想吧……” 当然，有时候他只是夸张一下，故意刺激你的，其实没有人能只用5行代码完成。然而这种提炼代码，减少冗余的习惯，却由此深入了我的骨髓。

有些人喜欢炫耀自己写了多少多少万行的代码，仿佛代码的数量是衡量编程水平的标准。然而，如果你总是匆匆写出代码，却从来不回头去推敲，修改和提炼，其实是不可能提高编程水平的。你会制造出越来越多平庸甚至糟糕的代码。在这种意义上，很多人所谓的“工作经验”，跟他代码的质量，其实不一定成正比。如果有几十年的工作经验，却从来不回头去提炼和反思自己的代码，那么他也许还不如一个只有一两年经验，却喜欢反复推敲，仔细领悟的人。

有位文豪说得好：“看一个作家的水平，不是看他发表了多少文字，而要看他的废纸篓里扔掉了多少。” 我觉得同样的理论适用于编程。好的程序员，他们删掉的代码，比留下来的还要多很多。如果你看见一个人写了很多代码，却没有删掉多少，那他的代码一定有很多垃圾。

就像文学作品一样，代码是不可能一蹴而就的。灵感似乎总是零零星星，陆陆续续到来的。任何人都不可能一笔呵成，就算再厉害的程序员，也需要经过一段时间，才能发现最简单优雅的写法。有时候你反复提炼一段代码，觉得到了顶峰，没法再改进了，可是过了几个月再回头来看，又发现好多可以改进和简化的地方。这跟写文章一模一样，回头看几个月或者几年前写的东西，你总能发现一些改进。

所以如果反复提炼代码已经不再有进展，那么你可以暂时把它放下。过几个星期或者几个月再回头来看，也许就有焕然一新的灵感。这样反反复复很多次之后，你就积累起了灵感和智慧，从而能够在遇到新问题的时候直接朝正确，或者接近正确的方向前进。

写优雅的代码

人们都讨厌“面条代码”（spaghetti code），因为它就像面条一样绕来绕去，没法理清头绪。那么优雅的代码一般是什么形状的呢？经过多年的观察，我发现优雅的代码，在形状上有一些明显的特征。

如果我们忽略具体的内容，从大体结构上来看，优雅的代码看起来就像是一些整整齐齐，套在一起的盒子。如果跟整理房间做一个类比，就很容易理解。如果你把所有物品都丢在一个很大的抽屉里，那么它们就会全都混在一起。你就很难整理，很难迅速的找到需要的东西。但是如果你在抽屉里再放几个小盒子，把物品分门别类放进去，那么它们就不会到处乱跑，你就可以比较容易的找到和管理它们。

优雅的代码的另一个特征是，它的逻辑大体上看起来，是枝丫分明的树状结构（tree）。这是因为程序所做的几乎一切事情，都是信息的传递和分支。你可以把代码看成是一个电路，电流经过导线，分流或者汇合。如果你是这样思考的，你的代码里就会比较少出现只有一个分支的if语句，它看起来就会像这个样子：

if (...) {
  if (...) {
    ...
  } else {
    ...
  }
} else if (...) {
  ...
} else {
  ...
}

注意到了吗？在我的代码里面，if语句几乎总是有两个分支。它们有可能嵌套，有多层的缩进，而且else分支里面有可能出现少量重复的代码。然而这样的结构，逻辑却非常严密和清晰。在后面我会告诉你为什么if语句最好有两个分支。

写模块化的代码

有些人吵着闹着要让程序“模块化”，结果他们的做法是把代码分部到多个文件和目录里面，然后把这些目录或者文件叫做“module”。他们甚至把这些目录分放在不同的VCS repo里面。结果这样的作法并没有带来合作的流畅，而是带来了许多的麻烦。这是因为他们其实并不理解什么叫做“模块”，肤浅的把代码切割开来，分放在不同的位置，其实非但不能达到模块化的目的，而且制造了不必要的麻烦。

真正的模块化，并不是文本意义上的，而是逻辑意义上的。一个模块应该像一个电路芯片，它有定义良好的输入和输出。实际上一种很好的模块化方法早已经存在，它的名字叫做“函数”。每一个函数都有明确的输入（参数）和输出（返回值），同一个文件里可以包含多个函数，所以你其实根本不需要把代码分开在多个文件或者目录里面，同样可以完成代码的模块化。我可以把代码全都写在同一个文件里，却仍然是非常模块化的代码。

想要达到很好的模块化，你需要做到以下几点：
1.避免写太长的函数。如果发现函数太大了，就应该把它拆分成几个更小的。通常我写的函数长度都不超过50行，那正好是我的笔记本电脑屏幕所能容纳的代码的行数。这样我可以一目了然的看见一个函数，而不需要滚屏。50行并不是一个很大的限制，因为函数里面比较复杂的部分，往往早就被我提取出去，做成了更小的函数，然后从原来的函数里面调用。所以我写的函数大小一般远远不足50行。

有些人不喜欢使用小的函数，因为他们想避免函数调用的开销，结果他们写出几百行之大的函数。这是一种历史遗留的错觉。现代的编译器都能自动的把小的函数内联（inline）到调用它的地方，所以根本不产生函数调用，也就不会产生任何多余的开销。

同样的一些人，也爱使用宏（macro）来代替小函数，这也是一种历史遗留的错觉。在早期的C语言编译器里，只有macro是静态“内联”的，所以他们使用宏，其实是为了达到内联的目的。然而能否内联，其实并不是宏与函数的根本区别。宏与函数有着巨大的区别（这个我以后再讲），应该尽量避免使用宏。为了内联而使用宏，其实是滥用了宏，这会引起各种各样的麻烦，比如使程序难以理解，难以调试，容易出错等等。

2.**每个函数只做一件简单的事情。**有些人喜欢制造一些“通用”的函数，既可以做这个又可以做那个，然后他们传递一个参数来“选择”这个函数所要做的事情。这种“复用”其实是有害的。如果一个函数可能做两种不一样的事情，最好就写成两个不同的函数，否则这个函数的逻辑就不会很清晰，容易出现错误。

写可读的代码

有些人以为写很多注释就可以让代码更加可读，然而却发现事与愿违。注释不但没能让代码变得可读，反而由于大量的注释充斥在代码中间，让程序变得障眼难读。而且代码的逻辑一旦修改，就会有很多的注释变得过时，需要更新。修改注释是相当大的负担，所以大量的注释，反而成为了妨碍改进代码的绊脚石。

实际上，真正优雅可读的代码，是几乎不需要注释的。如果你发现需要写很多注释，那么你的代码肯定是含混晦涩，逻辑不清晰的。其实，程序语言的逻辑表达能力，是远远高于自然语言的。使用大量的自然语言去解释程序的细节，是本末倒置的。

有人受到了Donald Knuth提出的所谓“文学编程”（Literate Programming）的误导，认为程序里面注释应该是主要的部分，而代码其次，其实并不是这样的。很多人（包括Knuth自己）使用文学编程，其实并没有写出容易理解的代码。Knuth认为人与人之间交流，必须使用自然语言，而其实如果使用得当，程序语言能够更加清晰精确地在人类之间传递信息。

之所以说“如果使用得当”，是因为如果没能合理利用程序语言提供的优势，你会发现程序还是很难懂，以至于需要写注释。所以我现在告诉你一些要点，也许可以帮助你大大减少写注释的必要：

1.使用有意义的函数和变量名字。如果你的函数和变量的名字，能够切实的描述它们的逻辑，那么你就不需要写注释来解释它在干什么。比如：

// put elephant elephant1 into fridge fridge2
putElephantIntoFridge(elephant1, fridge2);

由于我的函数名putElephantIntoFridge已经说明了它要干什么（把大象放进冰箱），所以上面那句注释完全没有必要。

2.把复杂的逻辑提取出去，做成“帮助函数”。有些人写的函数很长，以至于看不清楚里面的语句在干什么，所以他们误以为需要写注释。如果你仔细观察这些代码，就会发现不清晰的那片代码，往往可以被提取出去，做成一个函数，然后在原来的地方调用。由于函数有一个名字，这样你就可以使用有意义的函数名来代替注释。举一个例子：

// put elephant elephant1 into fridge fridge2
openDoor(fridge2);
if (driveElephantIntoFridge(elephan1, fridge2)) {
   feedElephant(new Treat(), elephant1);
} else {
   putBananaIntoFridge(new Banana(), fridge2);
   waitForElephantEnter(elephant1, fridge2);
}
closeDoor(fridge2);

如果你把这片代码提出去定义成一个函数：

function putElephantIntoFridge(elephant, fridge) {
  openDoor(fridge2);
  if (driveElephantIntoFridge(elephan1, fridge2)) {
    feedElephant(new Treat(), elephant1);
  } else {
    putBananaIntoFridge(new Banana(), fridge2);
    waitForElephantEnter(elephant1, fridge2);
  }
  closeDoor(fridge2);
}

然后原来的代码就可以改成：

putElephantIntoFridge(elephant1, fridge2);
... ...

注释就没必要了。

程序语言相比自然语言，是非常强大而严谨的，它其实已经具有自然语言的主要元素：主语，谓语，宾语，名词，动词，如果，因为，所以，否则，是，不是，…… 所以如果你充分利用了程序语言的表达能力，你完全可以用程序本身来表达它到底在干什么，而不需要自然语言的辅助。

有少数的时候，你也许会为了绕过其他一些代码的设计问题，采用一种违反直觉的作法。这时候你就可以使用很短的一条注释，说明为什么要写成那奇怪的样子。这样的情况应该很少出现，否则这意味着整个代码的设计都有问题。

写简单的代码

现在我提出一些我自己正在使用的代码规范，稍微解释一下为什么它们能让代码更加简单，从而提高代码的质量。
1.避免使用i++和++i。这种自增减操作表达式含义很蹊跷，非常容易搞混淆。而且含有它们的表达式的结果，有可能取决于参数的求值顺序。其实这两个表达式完全可以分解成两步做，把读写操作分开：一步更新i的值，另外一步使用i的值。比如，如果你想写foo(i++)，你完全可以把它拆成int t = i; i += 1; foo(t);。如果你想写foo(++i)，可以拆成i += 1; foo(i); 拆开之后的代码，含义完全一致，却清晰很多。到底更新是在取值之前还是之后，非常的明显。

有人也许以为i++或者++i的效率比拆开之后要高，这只是一种误解。这些代码经过最基础的编译器优化之后，生成的机器代码是完全没有区别的。i++和++i，只有在两种情况下可以安全的使用。一种是用在for循环语句的update部分，比如for(int i = 0; i < 5; i++)，另一种情况是写在单独的一行，比如i++;。这两种情况是完全没有歧义的。但是一定要避免把i++和++i用在复杂的表达式里面，比如foo(i++)，foo(++i) + foo(i)，…… 没有人应该知道，或者去追究这些是什么意思。

2.永远不要省略花括号。很多语言允许你在某种情况下省略掉花括号，比如C，Java都允许你在if语句里面只有一句话的时候省略掉花括号：

if (...) 
  action1();

咋一看少打了两个字，多好。可是这其实经常引起奇怪的问题。比如，你后来想要加一句话action2()到这个if里面，于是你就把代码改成：

if (...) 
  action1();
  action2();

为了美观，你很小心的使用了action1()的缩进。咋一看它们是在一起的，所以你下意识里以为它们只会在if的条件为真的时候执行，然而action2()却其实在if外面，它会被无条件的执行。我把这种现象叫做“光学幻觉”（optical illusion），理论上每个程序员都应该发现这个错误，然而实际上却容易被忽视。

那么你问，谁会这么傻，我在加入action2()的时候加上花括号不就行了？可是从设计的角度来看，这样其实并不是合理的作法。首先，也许你以后又想把action2()去掉，这样你为了样式一致，又得把花括号拿掉，烦不烦啊？其次，这使得代码样式不一致，有的if有花括号，有的又没有。况且，你为什么需要记住这个规则？如果你不问三七二十一，只要是if-else语句，把花括号全都打上，就可以想都不用想了，就当C和Java没提供给你这个特殊写法。这样就可以保持完全的一致性，减少不必要的思考。

有人可能会说，全都打上花括号，只有一句话也打上，多碍眼啊？然而经过实行这种编码规范几年之后，我并没有发现这种写法更加碍眼，反而由于花括号的存在，使得代码界限明确，让我的眼睛负担更小了。

3.合理使用括号，不要盲目依赖操作符优先级。利用操作符的优先级来减少括号，对于1+2*3这样常见的算数表达式，是没问题的。然而有些人如此的仇恨括号，以至于他们会写出2 << 7 - 2 * 3这样的表达式，而完全不用括号。

这里的问题，在于移位操作<<的优先级，是很多人不熟悉，而且是违反常理的。由于x << 1相当于把x乘以2，很多人误以为这个表达式相当于(2 << 7) - (2 * 3)，所以等于250。然而实际上<<的优先级比加法+还要低，所以这表达式其实相当于2 << (7 - 2 * 3)，所以等于4！

解决这个问题的办法，不是要每个人去把操作符优先级表给硬背下来，而是合理的加入括号。比如上面的例子，最好直接加上括号写成2 << (7 - 2 * 3)。虽然没有括号也表示同样的意思，但是加上括号就更加清晰，读者不再需要死记<<的优先级就能理解代码。

4.避免使用continue和break。循环语句（for，while）里面出现return是没问题的，但是如果使用了continue或者break，就会让循环的逻辑和终止条件变得复杂，难以确保正确。如果只有一个continue或者break也许还好，但是如果你的循环语句里面出现了多个continue或者break，你就该考虑改写整个循环了。

出现continue或者break的原因，往往是对循环要执行的逻辑没有想得很清楚。因为如果你考虑周全了，应该是几乎不需要continue或者break的。改写循环的办法有多种，你也许可以把复杂的部分提取出来，做成函数调用，或者把它变成一个没有continue或者break的循环结构。

举一个例子。下面这段代码里面有一个continue：

List goodNames = new ArrayList<>();
for (String name: names) {
  if (name.contains("bad")) {
    continue;
  }
  goodNames.add(name);
  ...
}

它说：“如果name含有’bad’这个词，跳过后面的循环代码……” 注意，这是一种“负面”的描述，它不是在告诉你什么时候“做”一件事，而是在告诉你什么时候“不做”一件事。为了知道它到底在干什么，你必须搞清楚continue会导致哪些语句被跳过了，然后脑子里把逻辑反个向，你才能知道它到底想做什么。这就是为什么含有continue和break的循环不容易理解，它们依靠“控制流”来描述“不做什么”，“跳过什么”，结果到最后你也没搞清楚它到底“要做什么”。

其实，我们只需要把continue的条件反向，这段代码就可以很容易的被转换成等价的，不含continue的代码：

List goodNames = new ArrayList<>();
for (String name: names) {
  if (!name.contains("bad")) {
    goodNames.add(name);
    ...
  }
}

goodNames.add(name);和它之后的代码全部被放到了if里面，多了一层缩进，然而continue却没有了。你再读这段代码，就会发现更加清晰。因为它是一种更加“正面”地描述。它说：“在name不含有’bad’这个词的时候，把它加到goodNames的链表里面……”

再举一个例子：

public boolean hasBadName(List names) {
  boolean result = false;
  for (String name: names) {
      if (name.contains("bad")) {
          result = true;
          break;
      }
  }
  return result;
}

这个函数检查names链表里是否存在一个名字，包含“bad”这个词。它的循环里包含一个break语句。这个函数可以被改写成：

public boolean hasBadName(List names) {
  for (String name: names) {
      if (name.contains("bad")) {
          return true;
      }
  }
  return false;
}

改进后的代码，在name里面含有“bad”的时候，直接用return true返回，而不是对result变量赋值，break出去，最后才返回。如果循环结束了还没有return，那就返回false，表示没有找到这样的名字。使用return来代替break，这样break语句和result这个变量，都一并被消除掉了。

我曾经见过很多其他使用continue和break的例子，几乎无一例外的可以被消除掉，变换后的代码变得清晰很多。我的经验是，99%的break和continue，都可以通过替换成return语句，或者翻转if条件的方式来消除掉。剩下的1%含有复杂的逻辑，但也可以通过提取一个帮助函数来消除掉。修改之后的代码变得容易理解，容易确保正确。

写直观的代码

我写代码有一条重要的原则：如果有更加直接，更加清晰的写法，就选择它，即使它看起来更长，更笨，也一样选择它。比如，Unix命令行有一种“巧妙”的写法是这样：

command1 && command2 && command3

由于Shell语言的逻辑操作a && b具有“短路”的特性，如果a等于false，那么b就没必要执行了。这就是为什么当command1成功，才会执行command2，当command2成功，才会执行command3。同样，

command1 || command2 || command3

操作符||也有类似的特性。上面这个命令行，如果command1成功，那么command2和command3都不会被执行。如果command1失败，command2成功，那么command3就不会被执行。

这比起用if语句来判断失败，似乎更加巧妙和简洁，所以有人就借鉴了这种方式，在程序的代码里也使用这种方式。比如他们可能会写这样的代码：

if (action1() || action2() && action3()) {
  ...
}

你看得出来这代码是想干什么吗？action2和action3什么条件下执行，什么条件下不执行？也许稍微想一下，你知道它在干什么：“如果action1失败了，执行action2，如果action2成功了，执行action3”。然而那种语义，并不是直接的“映射”在这代码上面的。比如“失败”这个词，对应了代码里的哪一个字呢？你找不出来，因为它包含在了||的语义里面，你需要知道||的短路特性，以及逻辑或的语义才能知道这里面在说“如果action1失败……”。每一次看到这行代码，你都需要思考一下，这样积累起来的负荷，就会让人很累。

其实，这种写法是滥用了逻辑操作&&和||的短路特性。这两个操作符可能不执行右边的表达式，原因是为了机器的执行效率，而不是为了给人提供这种“巧妙”的用法。这两个操作符的本意，只是作为逻辑操作，它们并不是拿来给你代替if语句的。也就是说，它们只是碰巧可以达到某些if语句的效果，但你不应该因此就用它来代替if语句。如果你这样做了，就会让代码晦涩难懂。

上面的代码写成笨一点的办法，就会清晰很多：

if (!action1()) {
  if (action2()) {
    action3();
  }
}

这里我很明显的看出这代码在说什么，想都不用想：如果action1()失败了，那么执行action2()，如果action2()成功了，执行action3()。你发现这里面的一一对应关系吗？if=如果，!=失败，…… 你不需要利用逻辑学知识，就知道它在说什么。

写无懈可击的代码

在之前一节里，我提到了自己写的代码里面很少出现只有一个分支的if语句。我写出的if语句，大部分都有两个分支，所以我的代码很多看起来是这个样子：

if (...) {
  if (...) {
    ...
    return false;
  } else {
    return true;
  }
} else if (...) {
  ...
  return false;
} else {
  return true;
}

使用这种方式，其实是为了无懈可击的处理所有可能出现的情况，避免漏掉corner case。每个if语句都有两个分支的理由是：如果if的条件成立，你做某件事情；但是如果if的条件不成立，你应该知道要做什么另外的事情。不管你的if有没有else，你终究是逃不掉，必须得思考这个问题的。

很多人写if语句喜欢省略else的分支，因为他们觉得有些else分支的代码重复了。比如我的代码里，两个else分支都是return true。为了避免重复，他们省略掉那两个else分支，只在最后使用一个return true。这样，缺了else分支的if语句，控制流自动“掉下去”，到达最后的return true。他们的代码看起来像这个样子：

if (...) {
  if (...) {
    ...
    return false;
  } 
} else if (...) {
  ...
  return false;
} 
return true;

这种写法看似更加简洁，避免了重复，然而却很容易出现疏忽和漏洞。嵌套的if语句省略了一些else，依靠语句的“控制流”来处理else的情况，是很难正确的分析和推理的。如果你的if条件里使用了&&和||之类的逻辑运算，就更难看出是否涵盖了所有的情况。

由于疏忽而漏掉的分支，全都会自动“掉下去”，最后返回意想不到的结果。即使你看一遍之后确信是正确的，每次读这段代码，你都不能确信它照顾了所有的情况，又得重新推理一遍。这简洁的写法，带来的是反复的，沉重的头脑开销。这就是所谓“面条代码”，因为程序的逻辑分支，不是像一棵枝叶分明的树，而是像面条一样绕来绕去。

正确处理错误

使用有两个分支的if语句，只是我的代码可以达到无懈可击的其中一个原因。这样写if语句的思路，其实包含了使代码可靠的一种通用思想：穷举所有的情况，不漏掉任何一个。

程序的绝大部分功能，是进行信息处理。从一堆纷繁复杂，模棱两可的信息中，排除掉绝大部分“干扰信息”，找到自己需要的那一个。正确地对所有的“可能性”进行推理，就是写出无懈可击代码的核心思想。这一节我来讲一讲，如何把这种思想用在错误处理上。

错误处理是一个古老的问题，可是经过了几十年，还是很多人没搞明白。Unix的系统API手册，一般都会告诉你可能出现的返回值和错误信息。比如，Linux的read系统调用手册里面有如下内容：

RETURN VALUE
On success, the number of bytes read is returned...
On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.
ERRORS
EAGAIN, EBADF, EFAULT, EINTR, EINVAL, ...

很多初学者，都会忘记检查read的返回值是否为-1，觉得每次调用read都得检查返回值真繁琐，不检查貌似也相安无事。这种想法其实是很危险的。如果函数的返回值告诉你，要么返回一个正数，表示读到的数据长度，要么返回-1，那么你就必须要对这个-1作出相应的，有意义的处理。千万不要以为你可以忽视这个特殊的返回值，因为它是一种“可能性”。代码漏掉任何一种可能出现的情况，都可能产生意想不到的灾难性结果。

对于Java来说，这相对方便一些。Java的函数如果出现问题，一般通过异常（exception）来表示。你可以把异常加上函数本来的返回值，看成是一个“union类型”。比如：

String foo() throws MyException {
  ...
}

这里MyException是一个错误返回。你可以认为这个函数返回一个union类型：{String, MyException}。任何调用foo的代码，必须对MyException作出合理的处理，才有可能确保程序的正确运行。Union类型是一种相当先进的类型，目前只有极少数语言（比如Typed Racket）具有这种类型，我在这里提到它，只是为了方便解释概念。掌握了概念之后，你其实可以在头脑里实现一个union类型系统，这样使用普通的语言也能写出可靠的代码。

由于Java的类型系统强制要求函数在类型里面声明可能出现的异常，而且强制调用者处理可能出现的异常，所以基本上不可能出现由于疏忽而漏掉的情况。但有些Java程序员有一种恶习，使得这种安全机制几乎完全失效。每当编译器报错，说“你没有catch这个foo函数可能出现的异常”时，有些人想都不想，直接把代码改成这样：

try {
  foo();
} catch (Exception e) {}

或者最多在里面放个log，或者干脆把自己的函数类型上加上throws Exception，这样编译器就不再抱怨。这些做法貌似很省事，然而都是错误的，你终究会为此付出代价。

如果你把异常catch了，忽略掉，那么你就不知道foo其实失败了。这就像开车时看到路口写着“前方施工，道路关闭”，还继续往前开。这当然迟早会出问题，因为你根本不知道自己在干什么。

catch异常的时候，你不应该使用Exception这么宽泛的类型。你应该正好catch可能发生的那种异常A。使用宽泛的异常类型有很大的问题，因为它会不经意的catch住另外的异常（比如B）。你的代码逻辑是基于判断A是否出现，可你却catch所有的异常（Exception类），所以当其它的异常B出现的时候，你的代码就会出现莫名其妙的问题，因为你以为A出现了，而其实它没有。这种bug，有时候甚至使用debugger都难以发现。

如果你在自己函数的类型加上throws Exception，那么你就不可避免的需要在调用它的地方处理这个异常，如果调用它的函数也写着throws Exception，这毛病就传得更远。我的经验是，尽量在异常出现的当时就作出处理。否则如果你把它返回给你的调用者，它也许根本不知道该怎么办了。

另外，try { … } catch里面，应该包含尽量少的代码。比如，如果foo和bar都可能产生异常A，你的代码应该尽可能写成：

try {
  foo();
} catch (A e) {...}
try {
  bar();
} catch (A e) {...}

而不是

try {
  foo();
  bar();
} catch (A e) {...}

第一种写法能明确的分辨是哪一个函数出了问题，而第二种写法全都混在一起。明确的分辨是哪一个函数出了问题，有很多的好处。比如，如果你的catch代码里面包含log，它可以提供给你更加精确的错误信息，这样会大大地加速你的调试过程。

正确处理null指针

穷举的思想是如此的有用，依据这个原理，我们可以推出一些基本原则，它们可以让你无懈可击的处理null指针。

首先你应该知道，许多语言（C，C++，Java，C#，……）的类型系统对于null的处理，其实是完全错误的。这个错误源自于Tony Hoare最早的设计，Hoare把这个错误称为自己的“billion dollar mistake”，因为由于它所产生的财产和人力损失，远远超过十亿美元！

这些语言的类型系统允许null出现在任何对象（指针）类型可以出现的地方，然而null其实根本不是一个合法的对象。它不是一个String，不是一个Integer，也不是一个自定义的类。null的类型本来应该是NULL，也就是null自己。根据这个基本观点，我们推导出以下原则：

1. 尽量不要产生null指针。尽量不要用null来初始化变量，函数尽量不要返回null。如果你的函数要返回“没有”，“出错了”之类的结果，尽量使用Java的异常机制。虽然写法上有点别扭，然而Java的异常，和函数的返回值合并在一起，基本上可以当成union类型来用。比如，如果你有一个函数find，可以帮你找到一个String，也有可能什么也找不到，你可以这样写：

public String find() throws NotFoundException {
  if (...) {
    return "found";
  } else {
    throw new NotFoundException();
  }
}

Java的类型系统会强制你catch这个NotFoundException，所以你不可能像漏掉检查null一样，漏掉这种情况。Java的异常也是一个比较容易滥用的东西，不过我已经在上一节告诉你如何正确的使用异常。

2. 不要把null放进“容器数据结构”里面。所谓容器（collection），是指一些对象以某种方式集合在一起，所以null不应该被放进Array，List，Set等结构，不应该出现在Map的key或者value里面。把null放进容器里面，是一些莫名其妙错误的来源。因为对象在容器里的位置一般是动态决定的，所以一旦null从某个入口跑进去了，你就很难再搞明白它去了哪里，你就得*在所有从这个容器里取值的位置检查null。你也很难知道到底是谁把它放进去的，代码多了就导致调试极其困难。

解决方案是：如果你真要表示“没有”，那你就干脆不要把它放进去（Array，List，Set没有元素，Map根本没那个entry），或者你可以指定一个特殊的，真正合法的对象，用来表示“没有”。

需要指出的是，类对象并不属于容器。所以null在必要的时候，可以作为对象成员的值，表示它不存在。比如：

class A {
  String name = null;
  ...
}

之所以可以这样，是因为null只可能在A对象的name成员里出现，你不用怀疑其它的成员因此成为null。所以你每次访问name成员时，检查它是否是null就可以了，不需要对其他成员也做同样的检查。

3. 函数调用者：明确理解null所表示的意义，尽早检查和处理null返回值，减少它的传播。null很讨厌的一个地方，在于它在不同的地方可能表示不同的意义。有时候它表示“没有”，“没找到”，有时候它表示“出错了”，“失败了”…… 你必须理解每一个null的意义，不能给混淆起来。

如果你调用的函数有可能返回null，那么你应该在第一时间对null做出“有意义”的处理。比如，上述的函数find，返回null表示“没找到”，那么调用find的代码就应该在它返回的第一时间，检查返回值是否是null，并且对“没找到”这种情况，作出有意义的处理。

“有意义”是什么意思呢？我的意思是，使用这函数的人，应该明确的知道在拿到null的情况下该怎么做，承担起责任来。他不应该只是“向上级汇报”，把责任踢给自己的调用者。如果你违反了这一点，就有可能采用一种不负责任，危险的写法：

public String foo() {
  String found = find();
  if (found == null) {
    return null;
  }
}

当看到find()返回了null，foo自己也返回null。这样null就从一个地方，游走到了另一个地方。如果你不假思索就写出这样的代码，最后的结果就是代码里面随时随地都可能出现null。到后来为了保护自己，你的每个函数都会写成这样：

public void foo(A a, B b, C c) {
  if (a == null) { ... }
  if (b == null) { ... }
  if (c == null) { ... }
  ...
}

4. 函数作者：明确声明不接受null参数，当参数是null时立即崩溃。不要试图对null进行“容错”，不要让程序继续往下执行。如果调用者使用了null作为参数，那么调用者（而不是函数作者）应该对程序的崩溃负全责。上面的例子之所以成为问题，就在于人们对于null的“容忍态度”。

上面这种“保护式”的写法，试图“容错”，试图“优雅的处理null”，其结果是让调用者更加肆无忌惮的传递null给你的函数。到后来，你的代码里出现一堆堆nonsense的情况，null可以在任何地方出现，都不知道到底是哪里产生出来的。谁也不知道出现了null是什么意思，该做什么，所有人都把null踢给其他人。最后这null像瘟疫一样蔓延开来，到处都是，成为一场噩梦。

正确的做法，其实是强硬的态度。你要告诉函数的使用者，我的参数全都不能是null，如果你给我null，程序崩溃了该你自己负责！至于调用者代码里有null怎么办，他自己该知道怎么处理（参考以上几条），不应该由函数作者来操心。

5. 使用@NotNull和@Nullable标记。IntelliJ提供了@NotNull和@Nullable两种标记，加在类型前面，这样可以比较可靠地防止null指针的出现。IntelliJ本身会对含有这种标记的代码进行静态分析，指出运行时可能出现NullPointerException的地方。在运行时，会在null指针不该出现的地方产生IllegalArgumentException，即使那个null指针你从来没有deference。这样你可以在尽量早期发现并且防止null指针的出现。

扩展话题：关于Optional类型和Union类型

有些语言，比如Java 8和Swift，提供了一种叫“Optional类型”的东西。比如在Java 8里面，你可以使用Optional来表示“可能是String，可能没有”。很多人以为有了Optional类型，就可以完美的解决null指针的问题，然而它并不是想象的那样完美。

因为你看到的类型是Optional，而不是String，所以类型系统不允许你直接把它当String来用。这多出来的一层关卡，可以防止你不问三七二一就取它的值，你总要想一下。然而这并不能从根本上解决问题。Optional并不能完全阻止你产生跟NullPointerException等价的运行时错误。因为你仍然可以写这样的代码：

Optional x = Optional.empty();
String y = x.get();

没有检查x.isPresent()就使用x.get()，结果出现NoSuchElementException。这其实等价于没有检查null就在dereference它。只不过现在出现的不是NullPointerException，而是NoSuchElementException。两个都是运行时错误，换汤不换药，程序照样崩溃。所以你看到了，Optional只是一种善意的“提示”，它使你不会在完全不知情的情况下犯错误。可是如果你忽略这种提示，照样可以犯一样的错误。Optional并没有任何强制性的力量。

Swift的Optional类型跟Java的是一样的问题，Swift的手册里指出：“Using the ! operator to unwrap an optional that has a value of nil results in a runtime error.” 所以，Swift并不能静态地阻止你对一个值为nil的Optional进行!操作。如果你做了，就会产生“运行时错误”。

另外，Optional类型会导致程序变得复杂。Optional和null指针，在结构上有一个很大的差别。Optional比null指针多了一层数据结构。Optional把需要的值放在了另外一个对象里面。你必须用x.get()来得到里面这个值，这跟使用null的时候很不一样。当你判断了一个String不可能是null，你不需要再做一次get把内容给取出来。比如：

String found = find();
if (found != null) {
  total += found.length();
}

判断found不是null之后，我们可以直接用found.length()得到它的长度，而不需要先使用found.get()。这个例子貌似小事，然而如果Optional类型被放进另外的结构或者容器里面，或者包含了另外类型，你就知道它的繁琐和痛苦了。Optional的这个问题，跟Haskell的Maybe类型的问题一样，经常导致类型嵌套层数太多，太烦。

相比之下，union类型系统可以完全静态地防止NullPointerException，而不导致类型的过度嵌套。Union类型可以完全的涵盖Optional类型的功能，非常的简单，而且有很多其它的好处。这种类型系统已经存在于Typed Racket语言（一个Scheme的后代），还没有面世的Yin语言也实现了union类型。PySonar的类型推导系统里面也具有union类型。Union类型系统非常强大，它不但可以完全静态地消灭NullPointerException，而且可以取代Java等语言的exception机制。它让错误处理变得非常严密，却又非常方便。

不过需要注意的是，就算你有了union类型系统，完全静态地防止了NullPointerException，上面提到的几条对待null的原则仍然是有用的。在有union类型的语言里面，一个容易犯的错误是不假思索的扩展union类型，把什么可能性都加进去，结果最后得到很大的union类型。这导致很多变量和参数具有union类型，每个变量都有可能是好多种东西，以至于你需要做好几个判断才能通过类型检查。这种现象跟null指针的泛滥的问题并没有本质的区别，因为你没能有效地控制住“可能性”。这个“可能性爆炸”的问题，程序语言也许不能给你很好的帮助。只有靠自己，遵循上面的原则，尽早排除union类型或者减少其中的可能性，你才能避免这种混乱。

防止过度工程

人的脑子真是奇妙的东西。虽然大家都知道过度工程（over-engineering）不好，在实际的工程中却经常不由自主的出现过度工程。所以我觉得必须分析一下过度工程出现的信号和兆头，在初期的时候就避免它。

过度工程即将出现的一个重要信号，就是当你过度的思考“将来”，考虑一些还没有发生的事情，还没有出现的需求。比如，“如果我们将来有了上百万行代码，有了几千号人，这样的工具就支持不了了”，“将来我可能需要这个功能，所以我现在就把代码写来放在那里”，“将来很多人要扩充这片代码，所以现在我们就让它变得可重用”……

这就是为什么很多软件项目如此复杂。实际上没做多少事情，却为了所谓的“将来”，加入了很多不必要的复杂性。眼前的问题还没解决呢，就被“将来”给拖垮了。人们都不喜欢目光短浅的人，然而在现实的工程中，有时候你就是得看近一点，把手头的问题先搞定了，再谈以后扩展的问题。

另外一种过度工程的来源，是过度的关心“代码重用”。很多人“可用”的代码还没写出来呢，就在关心“重用”。为了让代码可以重用，最后被自己搞出来的各种框架捆住手脚，最后连可用的代码就没写好。如果可用的代码都写不好，又何谈重用呢？很多一开头就考虑太多重用的工程，到后来被人完全抛弃，没人用了，因为别人发现这些代码太难懂了，自己从头开始写一个，反而省好多事。

过度地关心“测试”，也会引起过度工程。有些人为了测试，把本来很简单的代码改成“方便测试”的形式，结果引入很多复杂性，以至于本来一下就能写对的代码，最后复杂不堪，出现很多bug。

世界上有两种“没有bug”的代码。一种是“没有明显的bug的代码”，另一种是“明显没有bug的代码”。第一种情况，由于代码复杂不堪，加上很多测试，各种coverage，貌似测试都通过了，所以就认为代码是正确的。第二种情况，由于代码简单直接，就算没写很多测试，你一眼看去就知道它不可能有bug。你喜欢哪一种“没有bug”的代码呢？

根据这些，我总结出来的防止过度工程的原则如下：

先把眼前的问题解决掉，解决好，再考虑将来的扩展问题。

先写出可用的代码，反复推敲，再考虑是否需要重用的问题。

先写出可用，简单，明显没有bug的代码，再考虑测试的问题。