閱讀他人的程式碼

閱讀他人的程式碼(1)─讀懂程式碼，使心法皆為我所用

文/iThome (記者) 2008-03-05

<!-- NO MAIN PHOTO --> 程式碼是別人寫的，只有原作者才真的了解程式碼的用途及涵義。許多程式人心裡都有一種不自覺的恐懼感，深怕被迫去碰觸其他人所寫的程式碼。但是，與其抗拒接收別人的程式碼，不如徹底了解相關的語言和慣例，當成是培養自我實力的基石。

對大多數的程式人來說，撰寫程式碼或許是令人開心的一件事情，但我相信，有更多人視閱讀他人所寫成的程式碼為畏途。許多人寧可自己重新寫過一遍程式碼，也不願意接收別人的程式碼，進而修正錯誤、維護它們、甚至加強功能。

這其中的關鍵究竟在何處呢？若是一語道破，其實也很簡單，程式碼是別人寫的，只有原作者才真的了解程式碼的用途及涵義。許多程式人心裡都有一種不自覺的恐懼感，深怕被迫去碰觸其他人所寫的程式碼。這是來自於人類內心深處對於陌生事物的原始恐懼。

讀懂別人寫的程式碼，讓你收穫滿滿
不過，基於許多現實的原因，程式人時常受迫要去接收別人的程式碼。例如，同事離職了，必須接手他遺留下來的工作；也有可能你是剛進部門的菜鳥，而同事經驗 值夠了、升級了，風水輪流轉，一代菜鳥換菜鳥。甚至，你的公司所承接的專案，必須接手或是整合客戶前一個廠商所遺留下來的系統，你們手上只有那套系統的原 始碼（運氣好時，還有數量不等的文件）。

諸如此類的故事，其實時常在程式人身邊或身上持續上演著。許多程式人都將接手他人的程式碼，當做一件悲慘的事情。每個人都不想接手別人所撰寫的程式碼，因為不想花時間去探索，寧可將生產力花在產生新的程式碼，而不是耗費在了解這些程式碼上。

很遺憾的是，上述的情況對程式人來說很難避免。我們總是必須碰觸到其他人所寫成的程式碼，甚至必須了解它、加以修改。對於這項需求，在現今開放原 始碼的風氣如此盛行的今日，正如之前的「程式設計2.0」文中所提到的，你可以透過開放原始碼學習到新的技術、學習到高手的架構設計，大幅提高學習的效率 及效果。你甚至可以直接自開放原始碼專案中抽取、提煉出自己所需的程式碼，站在巨人的肩膀上，直接由彼端獲得所需的生產力。從這個觀點來看，讀懂別人所寫 的程式碼，就不再只是從負面觀點的「被迫接收」，而是極具正面價值的「汲取養份」。

先了解系統架構與行為模式，再細讀
倘若撰寫程式碼是程式人的重要技藝之一，那麼讀懂別人的程式碼、接著加以修改，也勢必是另一個重要的技藝。

如果你不能熟悉這項工作，不僅在遭逢你所不願面對的局面時，無法解決眼前接手他人程式碼的難題，更重要的是，當你看著眼前現成的程式碼，卻不知如何從中擷取自己所需，導致最後只能入寶山空手回，望之興嘆。

接觸他人的程式碼，大致上可以分為三種程度：一、了解，二、修改、擴充，三、抽取、提煉。

了解別人的程式碼是最基礎的工作，倘若不能了解自己要處理的程式碼，就甭論修改或擴充，更不可能去蕪存菁，從中萃取出自己所需，回收再利用別人所撰寫的程式碼。

雖說是「閱讀」，但程式碼並不像文章或小說一樣，透過這種做法，便能夠獲得一定程度的了解。閱讀文章或小說時，幾乎都是循序地閱讀，你只消翻開第一頁，一行行閱讀下去即可。但是，有許多程式人在試著閱讀其他人的程式碼時，卻往往有不知如何讀起的困難。

或許找到系統的第一頁（也就是程式碼執行的啟始點）並不難，但是複雜度高的系統，有時十分龐大，有時千頭萬緒。

從程式碼的啟始點開始讀起，一來要循序讀完所有的程式碼曠日費時，二來透過這種方式來了解系統，很難在腦中構建出系統的面貌，進而了解到系統真正 的行為。所以，閱讀程式碼的重點，不在於讀完每一行程式碼，而是在於有效率地透過探索及閱讀，從而了解系統的架構及行為模式。以便在你需要了解任何片段的 細節實作時，能夠很快在腦上對映到具體的程式碼位置，直到那一刻，才是細讀的時機。

熟悉溝通語言與慣例用語
不論如何，有些基本的準備，是閱讀他人程式碼時必須要有的。

首先，你最好得了解程式碼寫成的程式語言。想要讀懂法文寫成的小說，總不能連法文都不懂吧。有些情況則很特殊。我們雖然不懂該程式碼撰寫所用的語言，但是因為現代語言的高階化，而且流行的程式語言多半都是血統相近，所以即使不那麼熟悉，有時也可勉力為之。

除了認識所用語言之外，再來就是要先確認程式碼所用的命名慣例（naming convention）。了解命名慣例很重要，不同的程式人或開發團隊，差異可能很大。

這命名慣例涵蓋的範圍通常包括了變數的名稱、函式的名稱、類別（如果是物件導向的話）的名稱、原始碼檔案、甚至是專案建構目錄的名稱。倘若使用了像設計模式之類的方法，這些名稱更有一些具體的表述方式。

命名慣例有點像是程式人在程式語言之上，另行建構的一組溝通行話。程式人會透過共通約束、遵守的命名慣例，來表達一些較高階的概念。例如，有名的 匈牙利式命名法，便將變數名稱以屬性、型別、說明合併在一起描述。對程式人來說，這種方式能夠提供更豐富的資訊，以了解該變數的作用及性質。

對程式碼閱讀來說，熟悉這個做法之所以重要，是因為當你了解整個系統所採用的慣例時，你便能試著以他們所共同操用的語彙來進行理解。倘若，不能了 解其所用的慣例，那麼這些額外提供的資訊，就無法為你所用。像以設計模式寫成的程式碼，同樣處處充滿著模式的名稱，諸如：Factory、Facade、 Proxy等等。以這些名稱指涉的類別，也直接透過名稱，表達了它們自身的作用。對於懂得這命名慣例的讀者來說，不需要深入探索，也能很快捕捉到這些類別 的意義。

當你拿到一套必須閱讀的程式碼時，最好先取得命名慣例的說明文件。然而，並不是每套程式碼都附有此類的說明文件。另一個方式，就是自己到程式碼中，大略瀏覽一遍，有經驗的程式人可以輕易發掘出該系統所用的命名慣例。

常見的命名方式不脫那幾類，這時候經驗就很重要，倘若你知道的慣例越多，就越能輕易識別他人所用的慣例。如果運氣很糟，程式碼所用的慣例是前所未見的，那麼你也得花點時間歸納，憑自己的力量找出這程式碼命名上的規則。

掌握程式碼撰寫者的心態與習慣
大多數的程式碼，基本上都依循一致的命名慣例。不過運氣更差的時候，一套系統中可能會充斥著多套命名慣例。這有可能是因為開發團隊由多組人馬所構 成，每組人馬都有不同的文化，而在專案開發管理又沒有管控得宜所造成。最糟的情況，程式碼完全沒有明顯的慣例可言，這時候閱讀的難度就更高了。

想要閱讀程式碼，得先試著體會程式碼作者的「心」。想要這麼做，就得多了解對方所使用的語言，以及慣常運用的語彙。在下一回中，我們將繼續探討閱讀程式碼的相關議題。

作者簡介：
王建興
清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。

 

 

 

 

 

 

 

 

閱讀他人的程式碼(2) 摸清架構，便可輕鬆掌握全貌

文/iThome (記者) 2008-03-13

<!-- NO MAIN PHOTO --> 在本文中，我們的重點放在：要了解一個系統，最好是採取由上至下的方式。先試著捕捉系統架構性的觀念，不要過早鑽進細節，因為那通常對於你了解全貌，沒有多大的幫助。閱讀程式碼不需要從第一行讀起，我們的目的並不是在於讀遍每一段程式碼。

基於許多原因，程式人需要閱讀其他人所寫成的程式碼。而對程式設計2.0時代的程式人來說，最正面的價值在於，能讀懂別人程式的人，才有能力從中萃取自己所需的程式，藉以提高生產力。

閱讀程式碼的目的，在於了解全貌而非細節
想要讀懂別人程式碼的根本基礎，便是了解對方所用的程式語言及命名慣例。有了這個基礎之後，才算是具備了基本的閱讀能力。正如我之前提到的──想要讀懂法文寫成的小說，總不能連法文都不懂吧。閱讀程式碼和閱讀文學作品，都需要了解撰寫所用的語言及作者習用的語彙。

但我們在閱讀文學作品通常是採循序的方式，也就是從第一頁開始，一行一行地讀下去，依循作者為你鋪陳的步調，逐漸進到他為你準備好的世界裡。

閱讀程式碼卻大大不同。我們很少從第一行開始讀起，因為除非它是很簡單的單執行緒程式，否則很少這麼做。因為要是這麼做，就很難了解整個系統的全貌。

是的，我們這邊提到了一個重點，閱讀程式碼的目的在於了解系統的全貌，而不是在於只是為了地毯式的讀遍每一段程式碼。

就拿物件導向程式語言所寫成的系統來說，整個系統被拆解、分析成為一個個獨立的類別。閱讀個別類別的程式碼，或許可以明白每項類別物件個別的行為。但對於 各類別物件之間如何交互影響、如何協同工作，又很容易陷入盲人摸象的困境。這是因為各類別的程式碼，只描述個別物件的行為，而片段的閱讀就只能造就片面的 認識。

由上而下釐清架構後，便可輕易理解組成關係
如果你想要跳脫困境，不想浪費大量時間閱讀程式碼，卻始終只能捕捉到對系統片段認識，就必須轉換到另一種觀點來看待系統。從個別的類別行為著手， 是由下至上（Bottom-Up）的方法；在閱讀程式碼時，卻應該先採由上至下（Top-Down）的方式。對程式碼的閱讀來說，由上至下意謂著，你得先 了解整個系統架構。

系統的架構是整個系統的骨幹、支柱。它表現出系統最突出的特徵。知道系統架構究竟屬於那一種類型，通常大大有益於了解系統的個別組成之間的靜態及動態關係。

有些系統因為所用的技術或框架的關係，決定了最上層的架構。例如，採用Java Servlet/JSP技術的應用系統，最外層的架構便是以J2EE（或起碼J2EE中的Web Container）為根本。

使用Java Servlet/JSP技術時，決定了某些組成之間的關係。例如，Web Container依據web.xml的內容載入所有的Servlets、Listeners、以及Filters。每當Context發生事件（例如初 始化）時，它便會通知Listener類別。每當它收到來自客戶端的請求時，便會依循設定的所有Filter Chain，讓每個Filter都有機會檢查並處理此一請求，最後再將請求導至用來處理該請求的Servlet。

當我們明白某個系統採用這樣的架構時，便可以很容易地知道各個組成之間的關係。即使我們還不知道究竟有多少Servlets，但我們會知道，每當 收到一個請求時，總是會有個相對應的Servlet來處理它。當想要關注某個請求如何處理時，我應該去找出這個請求對應的Servlet。

了解架構，必須要加上層次感
同樣的，以Java寫成的Web應用程式中，也許會應用諸如Struts之類的MVC框架，以及像Hibernate這樣的資料存取框架。它們都 可以視為最主要的架構下的較次級架構。而各個應用系統，甚至有可能在Struts及Hibernate之下，建立自有的更次級的架構。

也就是說，當我們談到「架構」這樣的觀念時，必須要有層次感。而不論是那一層級的架構，都會定義出各自的角色，以及角色間的關係。對閱讀者來說， 相較於直接切入最細微的單一角色行為，不如了解某個特定的架構中，究竟存在多少角色，以及這些角色之間的互動模式，比較能夠幫助我們了解整個系統的運作方 式。

這是一個很重要的關鍵，當你試著進到最細節處之前，應該先試著找出參與的角色，及他們之間的關係。例如，對事件驅動式的架構而言，有3個很重要的 角色。一個是事件處理的分派器（Event Dispatcher）、一個是事件產生者（Event Generator）、另一個則是事件處理器（Event Handler）。

事件產生器產生事件，並送至事件分派器，而事件分派器負責找出各事件相對應的事件處理器，並且轉交該事件，並命令事件處理器加以處理。像Windows的GUI應用程式，便是採用事件驅動式的架構。

當你知道此類的應用程式皆為事件驅動式的架構時，你便可以進一步得知，在這樣的架構下會有3種主要的角色。雖然也許還不清楚整個系統中，究竟會需要處理多少事件的類型，但對你而言，已經建立了對系統全貌最概觀的認識。

雖然你還不清楚所有的細節，但諸如確切會有那些事件類型之類的資訊，在此刻還不重要──不要忘了，我們採取的是由上而下的方式，要先摸清楚主建築結構，至於壁紙的花色怎麼處理，那是到了尾聲時才會做的事。

探索架構的第一件事：找出系統如何初始化
有經驗的程式人，對於時常被運用的架構都很熟悉。常常只需要瞧上幾眼，就能明白一個系統所用的架構，自然就能夠直接聯想到其中會存在的角色，以及角色間的關係。

然而，並不是每個系統所用的架構，都是大眾所熟悉，或是一眼能夠望穿的。這時候，你需要探索。目標同樣要放在界定其中的角色、以及角色間的靜態、動態關係。

不論某個系統所採用的架構是否為大部分人所熟知的，在試著探索一個系統的長相時，我們應該找出來幾個答案，了解在它所用的架構下，下列這件事是如 何被完成的：一、系統如何初始化，二、與這個系統相接的其他系統（或使用者）有那些，而相接的介面又是什麼；三、系統如何反應各種事件，四、系統如何處理 各種異常及錯誤。

系統如何初始化是很重要的一件事，因為初始化是為了接下來的所有事物而做的準備。從初始化的方式、內容，能知道系統做了什麼準備，對於系統會有什麼行為展現，也就能得窺一二了。

之所以要了解與系統相接的其他系統（或使用者），為的是要界定出系統的邊界。其他的系統可能會提供輸入給我們所探索的系統，也可能接收來自這系統的輸出，了解這邊界所在，才能確定系統的外觀。

而系統所反應的事件類型、以及如何反應，基本上就代表著系統本身的主要行為模式。最後，我們必須了解系統處理異常及錯誤的方式，這同樣也是系統的重要行為，但容易被忽略。

之前，我們提到必須先具備一個系統的語言基礎，才能夠進一步加以閱讀，而在本文中，我們的重點放在：要了解一個系統，最好是採取由上至下的方式。先試著捕捉系統架構性的觀念，不要過早鑽進細節，因為那通常對於你了解全貌，沒有多大的幫助。

作者簡介：
王建興
清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。

 

閱讀他人的程式碼 (3) 優質工具在手，讀懂程式非難事

文/iThome (記者) 2008-03-19

<!-- NO MAIN PHOTO --> 系統的複雜度往往超過人腦的負荷。閱讀程式碼的時候，你會需要更多工具提供協助。使用好的整合式開發環境（IDE）或文字編輯器，就能提供最基本的幫助。

閱讀程式碼的動作，可以是很原始的，利用最簡單的文字編輯器，逐一開啟原始碼，然後憑藉著一己的組織能力，在不同的程式碼間跳躍，拼湊出腦中想要構建的圖像。

不過，系統的複雜度往往超過人腦的負荷。閱讀程式碼的時候，你會需要更多工具提供協助。使用好的整合式開發環境（IDE）或文字編輯器，就能提供最基本的幫助。

善用文字編輯器或IDE，加速解讀程式碼
許多文字編輯器提供了常見程式語言的語法及關鍵字標示功能。這對於閱讀來說，絕對能夠起很大的作用。有些文字編輯器（例如我常用的EditPlus及偶而 使用的Notepad++），甚至能夠自動列出某個原始檔中所有定義的函式清單，更允許你直接從清單中選擇函式，直接跳躍到該函式的定義位置。這對於閱讀 程式碼的人來說，就提供了極佳的便利性。

因為在閱讀程式碼時，最常做的事，就是隨著程式中的某個控制流，將閱讀的重心，從某個函式移至它所呼叫的另一個函式。所以對程式人來說，閱讀程式碼時最常做的事之一就是：找出某個函式位在那一個原始檔裡，接著找到該函式所在的位置。

好的IDE能夠提供的協助就更多了。有些能夠自動呈現一些額外的資訊，最有用的莫過於函式的原型宣告了。例如，有些IDE支援當游標停留在某函式名稱上一段時間後，它會以Tooltip的方式顯示該函式的原型宣告。

對閱讀程式碼的人來說，在看到程式碼中呼叫到某個函式時，可以直接利用這樣的支援，立即取得和這個函式有關的原型資訊，馬上就能知道呼叫該函式所傳入的各個引數的意義，而不必等到將該函式的定義位置找出後，才能明白這件事。

grep是一個基本而極為有用的工具
除了選用好的文字編輯器或IDE之外，還有一個基本、但卻極為有用的工具，它就是grep。熟悉Unix作業系統的程式人，對grep這個公用程 式多半都不陌生。Grep最大的用途，在於它允許我們搜尋某個目錄（包括遞迴進入所有子目錄）中所有指定檔案，是否有符合指定條件（常數字串或正規表示 式）檔案。

倘若有的話，則能幫你指出所在的位置。這在閱讀程式碼時的作用極大。當我們隨著閱讀的腳步，遇上了任何一個不認識、但自認為重要的類別、函式、資料結構定義或變數，我們就得找出它究竟位在這茫茫程式碼海中的何處，才能將這個圖塊從未知變為已知。

grep之所以好用，就是在於當我們發現某個未知的事物時，可以輕易地利用它找出這個未知的事物究竟位在何方。此外，雖說grep是Unix的標 準公用程式之一，但是像Windows這樣子的平臺，也有各種類型的grep程式。對於在Windows環境工作的程式人來說，可以自行選用覺得稱手的工 具。

gtags可建立索引，讓搜尋更有效率
grep雖然好用，但是仍然有一些不足之處。第一個缺點在於它並不會為所搜尋的原始碼檔案索引。每當你搜尋時，它都會逐一地找出所有的檔案，並且讀取其中的所有內容，過濾出滿足指定條件的檔案。當專案的原始碼數量太大時，就會產生搜尋效率不高的問題。

第二個缺點是它只是一個單純的文字檔搜尋工具，本身並不會剖析原始碼所對應的語言語法。當我們只想針對「函式」名稱進行搜尋時，它有可能將註解中含有該名稱的原始碼，也一併找了出來。

針對grep的缺點，打算閱讀他人程式碼的程式人，可以考慮使用像是gtags這樣子的工具。gtags是GNU GLOBAL source code tag system，它不只搜尋文字層次，而且因為具備了各種語言的語法剖析器，所以在搜尋時，可以只針對和語言有關的元素，例如類別名稱、函式名稱等。

而且，它能針對原始碼的內容進行索引，這意謂一旦建好索引之後，每次搜尋的動作，都毋需重新讀取所有原始碼的內容並逐一搜尋。只需要以現成的索引結構為基礎，即可有效率的尋找關鍵段落。

gtags提供了基於命令列的程式，讓你指定原始碼所在的目錄執行建立索引的動作。它同時也提供程式讓你得如同操作grep一般，針對索引結構進 行搜尋及檢索。它提供了許多有用的檢索方式，例如找出專案中定義某個資料結構的檔案及定義所在的行號，或者是找出專案中所有引用某資料結構的檔案，以及引 用處的行號。

這麼一來，你就可以輕易地針對閱讀程式碼時的需求予以檢索。相較於grep所能提供的支援，gtags這樣的工具，簡直是強大許多。

再搭配htags製作HTML文件，更是如虎添翼
還有一個絕對需要一提的工具。這個叫做htags的工具，能夠幫你將已製作完成的索引結構，製作成為一組相互參考的HTML文件。基本上，利用這 樣的HTML文件閱讀程式碼，比起單純地直接閱讀原始碼，來得更有結構。原因是閱讀程式碼時，這樣的HTML文件，已經為你建立起在各個原始碼檔案片段間 跳躍的鏈結。例如，圖一是針對一個有名的開放原始碼專案ffmpeg，由gtags所產生出來的HTML文件首頁的一部分。


htags工具首先為你找出所有定義main()函式的檔案，並且列出所在的函式。找出main()函式，時常是閱讀程式碼的第一步，因為main()函式是程式的主要入口點，所有的動作皆由此啟動，它是一切事物的源頭。

憑藉htags製作的HTML文件，你可以輕易地點擊超連結，直接進到main()函式所在的程式碼片段，如圖二。



當我們檢視上述原始碼時，發現av_register_all()是個陌生、無法了解的事物，而想要搞懂它究竟是什麼，可以再繼續點擊這個函式，如圖三。這真是太方便了！閱讀至此，你會猛然發現，gtags彷彿就是為了閱讀程式碼而專門量身打造的利器。



作者簡介：
王建興
清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。