[IT] Clean Architecture - 第4章 - 結構化程式設計
ch4. 結構化程式設計 Edsger Wybe Dijkstra 於 1930 年出生在鹿特丹。他在第二次世界大戰期間倖存於鹿特丹的轟炸，以及德國對荷蘭的占領，並於1948年以數學、物理、化學、生物最高分從高中畢業。1952年3月，21歲的 Dijkstra 在阿姆斯特丹的數學中心找到工作，成為荷蘭第一位程式設計師。 1955年，已經當了三年的程式設計師，且同時身為學生的 Dijkstra 得出一個結論：程式設計的智力挑戰比起理論物理學還大。因此，他選擇了程式設計作為他的長期職業。 1957年，Dijkstra 與 Maria Debets 結婚。當時，在荷蘭結婚必須登記職業，荷蘭的公家機關並不接受 programmer 這個職業，他們從未聽過這樣的職業，為了滿足他們，Dijkstra 在職業欄中將自己定位為「理論物理學家」。 Dijkstra 與他的老闆 Adriaan van Wijngaarden 討論著以程式設計當作他的生涯志向，他認為沒有人會將程式設計視為一門學科或是科學，因此他認為自己可能不會被認真以待，然而他的老闆回答說，Dijkstra 將有可能成為那位發現新學科，以致於將軟體變成一門科學的人。 Dijkstra 在真空管時代開始了他的職業生涯，當時的計算機很巨大、脆弱、緩慢、不可靠、且極其有限。在早期，程式是二進制或是非常粗糙的組合語言編寫的，並以紙帶或打孔卡片作為輸入的這種物理形式存在，編輯/編譯/測試的循環就需要數小時甚至數天的時間。 正是在這個原始的環境造就了 Dijkstra 做出了他偉的的發現。 證明 Dijkstra 很早就發現，程式設計是一件難事，且程式設計師也不容易將它做好。任何複雜的程式都包含了太多人類大腦在沒有幫助下可以管理的細節。忽視一個極小的細節程式看似可以運作正常，但卻可以以出人意料的方式失敗。 Dijkstra 的解決方案是應用數學的證明法。他的願景是建立一個如同歐基里得的公理、定理、推論和引理的層次結構。Dijkstra 認為程式設計師可以像數學家一樣使用這樣的證明方法，換句話說，程式設計師應該要運用這些經過驗證的結構，並將它們與自己證明正確的程式碼相結合。 當然，為了使這一切開始進行，Dijkstra 意識到他必須要撰寫一些範例以展示如何用基本的證明方法來證明簡單的演算法，而他發現這是一件極具挑戰性的事。 在調查的過程中，Dijkstra 發現某些使用 goto 語句的情況會阻止模塊被遞迴地分解成更小的單元，從而阻礙了使用分而治之的方法進行證明的可能性。 然而，goto 的其他用途卻沒有這個問題。Dijkstra 意識到，「好的」goto 使用方法對應到簡單的選擇和迭代控制結構，例如 if/then/else 和 do/while。只使用這些控制結構的模塊才可以被遞迴的切割成可以被證明的單元。 Dijkstra 認識到，當這些控制結構與順序執行相結合是特殊的。在當時的兩年前，已經由 Böhm 和 Jacopini 證明了，所有程式都可以由三個結構建構而成：順序(sequence)、選擇(selection)、迭代(iteration)。 這個發現非常了不起：使一個模塊可證明的控制結構，正是構成所有程式的最小控制結構集合。因此，結構化程式設計應運而生。 Dijkstra 證明了順序語句可以通過簡單的列舉來證明其正確性。這種技術利用數學方法系統性地追蹤語句的輸入與輸出，與一般的數學證明無異。 Dijkstra 通過重新應用列舉法來解決選擇問題，對於選擇中的每條路徑都進行了列舉，如果所有的路徑都產生了適當的數學結果，那麼就表示證明是可靠的。 迭代則有些不同，為了證明迭代的正確性，Dijkstra 必須使用歸納法。他通過列舉證明了 1 得情況，然後他再次通過列舉證明了如果假設 N 是正確的，則 N+1 也是正確的，他也證明了迭代的起始條件與結束條件的正確性。 這樣的證明是費時且複雜的，但它們具備了證明的意義。隨著它們的發展，建立一個歐基里得式階層式的定理看似變得可行。 ...