如何像 NASA 頂級(jí)程序員一樣編程 — 10 條重要原則

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開發(fā)人員的工作是編程界最具挑戰(zhàn)性的工作之一。 他們編寫代碼并開發(fā)關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序，安全是他們主要關(guān)注的重點(diǎn)。

在這種情況下，制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木幋a準(zhǔn)則并遵循，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)十分重要。這些規(guī)則涵蓋了軟件開發(fā)的各個(gè)方面，如應(yīng)該如何編寫軟件，應(yīng)該使用哪些語(yǔ)言特性等等。

盡管很難就一個(gè)編碼標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識(shí)，NASA 的 JPL 首席科學(xué)家 Gerard J. Holzmann 還是制定了一套名為“發(fā)展安全關(guān)鍵代碼的十大規(guī)則”的代碼準(zhǔn)則，由所有工作人員共同遵循。

由于 JPL 的工作內(nèi)容與 C 語(yǔ)言相關(guān)，因此本指南主要關(guān)注用 C 編程語(yǔ)言編寫的代碼。但也可以靈活運(yùn)用到其他語(yǔ)言上。

NASA 的十大編碼準(zhǔn)則：

簡(jiǎn)化控制流程：

使用盡可能精簡(jiǎn)的控制流程構(gòu)造編寫程序 – 不要使用 setjmp 或 longjmp 構(gòu)造、goto 語(yǔ)句，以及直接或間接的遞歸調(diào)用。

為循環(huán)使用固定次數(shù)上限：

所有的循環(huán)必須有一個(gè)固定的上限。 必須可以被某個(gè)檢測(cè)工具靜態(tài)證實(shí)，該循環(huán)不能達(dá)到預(yù)置的迭代上限值。如果該上限值不能被靜態(tài)證實(shí)，那么可以認(rèn)為違背該原則。

不要在初始化完成后進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。

不使用冗長(zhǎng)的函數(shù)：

如果標(biāo)準(zhǔn)格式為一個(gè)語(yǔ)句一行、一個(gè)聲明一行，那么函數(shù)的長(zhǎng)度應(yīng)在一張紙的范圍內(nèi)，即每個(gè)函數(shù)的代碼行不能超過(guò) 60。

低斷言密度：

代碼中斷言的密度平均低至每個(gè)函數(shù) 2 個(gè)斷言。斷言被用于檢測(cè)在實(shí)際執(zhí)行中的異常情況。斷言必須沒有副作用，并應(yīng)該定義為布爾測(cè)試。當(dāng)一個(gè)斷言失敗時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行一個(gè)明確的恢復(fù)操作，例如，把錯(cuò)誤情況返回給執(zhí)行該斷言失敗的函數(shù)調(diào)用者。對(duì)于靜態(tài)工具來(lái)說(shuō)，任何能被靜態(tài)工具證實(shí)其永遠(yuǎn)不會(huì)失敗或永遠(yuǎn)不能觸發(fā)的斷言違反了該規(guī)則（例如，通過(guò)增加無(wú)用的 assert(true) 語(yǔ)句是不可能滿足這個(gè)規(guī)則的）。

以最小范圍級(jí)別聲明數(shù)據(jù)對(duì)象：

該原則同時(shí)也是數(shù)據(jù)隱蔽（Data hiding）的基本原則。所有數(shù)據(jù)對(duì)象均必須以盡可能最小的范圍級(jí)別進(jìn)行聲明。

檢查參數(shù)和返回值：

應(yīng)在每次調(diào)用函數(shù)后檢查非空函數(shù)的返回值，并在每個(gè)函數(shù)內(nèi)部檢查參數(shù)的有效性。

限制預(yù)處理程序的使用：

預(yù)處理器的使用僅受包含頭文件和簡(jiǎn)單的宏定義的限制。符號(hào)拼接、可變參數(shù)列表（省略號(hào)）和遞歸宏調(diào)用不被允許。所有的宏必須擴(kuò)展為完整的語(yǔ)法單元。通常不建議使用條件編譯指令，但也不總是能夠避免每次在代碼中這樣做的時(shí)候必須有基于工具的檢查器進(jìn)行標(biāo)記，并有充足的理由。

限制指針的使用：

具體來(lái)說(shuō)，不允許有超過(guò)一級(jí)的解除指針引用。解除指針引用操作不可隱藏在宏定義或類型聲明中。不允許使用函數(shù)指針。

編譯所有代碼：

從開發(fā)工作第一天開始時(shí)，在編譯器開啟最高級(jí)別警告選項(xiàng)的條件下對(duì)代碼進(jìn)行編譯。在此設(shè)置之下，代碼必須零警告編譯通過(guò)。代碼必須通過(guò)源代碼靜態(tài)分析工具，每天檢查一次以上，且零警告通過(guò)。

關(guān)于這些準(zhǔn)則，NASA 這樣評(píng)價(jià)到：

這些準(zhǔn)則就像要求你坐車的時(shí)候必須系上安全帶一樣，剛開始可能會(huì)讓你覺得不舒服，但之后你就會(huì)慢慢習(xí)慣，并開始無(wú)法接受沒有它的日子。

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