如何像 NASA 頂級程序員一樣編程 — 10 條重要原則

美國國家航空航天局（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，對于他們來說十分重要。這些規(guī)則涵蓋了軟件開發(fā)的各個方面，如應(yīng)該如何編寫軟件，應(yīng)該使用哪些語言特性等等。

盡管很難就一個編碼標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識，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 語言相關(guān)，因此本指南主要關(guān)注用 C 編程語言編寫的代碼。但也可以靈活運(yùn)用到其他語言上。

NASA 的十大編碼準(zhǔn)則：

簡化控制流程：

使用盡可能精簡的控制流程構(gòu)造編寫程序 – 不要使用 setjmp 或 longjmp 構(gòu)造、goto 語句，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)必須有一個固定的上限。 必須可以被某個檢測工具靜態(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)行動態(tài)內(nèi)存分配。

不使用冗長的函數(shù)：

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

低斷言密度：

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

以最小范圍級別聲明數(shù)據(jù)對象：

該原則同時也是數(shù)據(jù)隱蔽（Data hiding）的基本原則。所有數(shù)據(jù)對象均必須以盡可能最小的范圍級別進(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單的宏定義的限制。符號拼接、可變參數(shù)列表（省略號）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：

具體來說，不允許有超過一級的解除指針引用。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，在編譯器開啟最高級別警告選項(xiàng)的條件下對代碼進(jìn)行編譯。在此設(shè)置之下，代碼必須零警告編譯通過。代碼必須通過源代碼靜態(tài)分析工具，每天檢查一次以上，且零警告通過。

關(guān)于這些準(zhǔn)則，NASA 這樣評價到：

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

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