第一章 传统编程

编程的核心环节

编程，是用代码表达处理信息和执行操作的规则，让计算机按照这些规则完成任务。任务可以是统计一组成绩、批量处理图片，也可以是制作一个能够与人交互的程序。本节所说的传统编程，是以人直接组织和编写代码为主的工作方式：程序员分析问题，设计处理方法和代码结构，借助工具实现，再根据运行结果检查和修改。

这个过程可以概括为五个环节：明确问题、搜集信息、设计处理方法与程序结构、逐步编写并运行程序，以及验证结果、定位错误并改进。它们会反复衔接：运行时可能发现材料不足，检查时可能发现规则含糊，修改时也可能需要重新调整代码结构。

完成这些工作，需要逐步掌握一些编程技术。例如，运行环境和依赖管理帮助程序具备运行条件，函数与模块帮助组织代码，Git 帮助保存和比较版本，测试与日志帮助检查行为、寻找问题。具体采用哪些技术，要结合任务判断：修改已有项目时可以先查阅现有测试，程序出现性能问题时再进行相应测量和分析。

下表按照核心环节整理这些技术，后文分别作简洁介绍。阅读时可以先理解每项技术解决什么问题，以及它在编程过程中起什么作用。

重要技术简介

1 查阅现有测试

阅读项目已经编写的检查程序，了解它检查什么、输入什么、期待什么结果；运行这些检查，可以了解当前程序是否满足已有要求。现有测试也可能存在遗漏。

2 运行环境与语言版本

程序需要合适的软件环境和语言版本才能运行。确认这些条件，可以减少因版本差异或缺少必要组件导致的运行问题。

3 包管理器

帮助安装、更新和移除代码库的工具。它也会处理库之间的依赖，减少手动寻找和安装相关组件的工作。

4 依赖清单与锁文件

依赖清单声明项目需要哪些库及允许的版本范围，锁文件记录工具解析得到的具体依赖版本。两者配合，帮助在不同时间或设备上重建所需的依赖环境。

5 虚拟环境

为项目隔离所使用的依赖，使不同项目可以使用不同版本的库，减少一个项目的安装或更新影响另一个项目。

6 配置文件

集中保存程序设置的文件，例如文件位置、处理选项和运行模式。程序读取这些设置后工作，使用者可以通过调整配置改变相应行为。

7 条件与循环

条件让程序根据情况选择操作，例如判断成绩是否及格；循环让程序重复处理，例如逐个检查一组成绩。

8 函数 参数与返回值

函数将一项工作组织成可以调用的代码。参数是调用时传入的信息，返回值是函数交回的结果，有助于拆分任务和复用实现。

9 模块划分与程序接口

模块把相关代码组织在一起，接口约定各部分怎样调用、接收什么和产生什么。职责与连接方式清楚后，程序更容易理解和修改。

10 数据清洗

检查并处理缺失、重复、格式不一致和无效数据，使后续处理能够使用符合要求的数据。具体采用修正、补充、标记还是排除，需要依据任务规则决定。

11 代码注释与函数文档

在代码附近说明用途、必要原因和使用方法。函数文档还可以解释参数、返回结果及使用限制，帮助自己和他人理解代码。

12 代码编辑器与 IDE

代码编辑器用于编写和修改代码；IDE 是集成开发环境，通常还整合运行、代码导航和项目管理等功能，便于在同一工具中完成多种编程操作。

13 Git 版本管理

查看文件状态和修改差异，选择一批改动提交为版本，并留下说明。通过历史版本、修改内容和提交说明，可以理解代码怎样形成，寻找问题由哪次修改引入；也可以比较版本、撤销修改或恢复已经保存的内容，为继续修改保留退路。

14 回归测试

修改程序后，重新检查原有功能和已经修复的问题，确认它们没有因本次修改而失效。重要的检查可以保留下来，在后续修改时重复运行。

15 调试输出与日志

记录程序执行到哪里、处理了什么和产生了什么中间结果，帮助观察运行过程并定位问题。临时输出适合即时观察，日志便于持续记录、筛选和事后查阅。

16 重构

在保持预期行为的前提下调整代码结构，例如拆分过长的函数或减少重复实现。重构后仍需检查程序，确认整理结构没有破坏原有功能。

17 性能分析

测量程序的运行时间、内存等资源消耗，找出实际瓶颈，再决定怎样优化。是否需要优化及优化目标，应由任务的性能要求决定。