抽象之艰难，一次作业分析
1. 问题的提出，一次作业
要求实现 小学四则运算系统，系统出10道题，用户输入答案，系统判定对错，系统给出对错的数量。
这是以邹欣老师的《构建之法》作为教材，某高校的软件工程课程作业。
该作业要求迭代开发，在《构建之法》群里，企业的工程师、高校教师对某次某位同学提交的作业进行了点评。
这位同学提交的是 JAVA GUI 版本的程序。控制件的选择，每道题的两个数是文本框禁用，要求用户输入答案处是文本框，判断对错是文本框禁用；选择加减乘除题目，是按钮。
该同学实现了出10道题目。问题来了，邹欣老师问，如果我要求出40道题目呢？之所以有此一问，是因为该同学硬编码了10道题目的 控件和业务逻辑，她的代码看起来是这样的。
----节选代码开始
JTextField jfirst1, jfirst2, jfirst3, jfirst4, jfirst5, jfirst6,
jfirst7, jfirst8, jfirst9, jfirst10;// 10道题的分别的第一
个数据JLabel jsymbol1, jsymbol2, jsymbol3, jsymbol4,
jsymbol5, jsymbol6,
jsymbol7, jsymbol8, jsymbol9, jsymbol10;// 10道题的分别的符号
JTextField jsecond1, jsecond2, jsecond3, jsecond4, jsecond5, jsecond6,
jsecond7, jsecond8, jsecond9, jsecond10;// 10道题的分别的第二个数据
JTextField janswer1, janswer2, janswer3, janswer4, janswer5, janswer6,
janswer7, janswer8, janswer9, janswer10;// 10道题分别的结果
// 添加每道题的符号标签
jsymbol1 = new JLabel("?");
jsymbol2 = new JLabel("?");
jsymbol3 = new JLabel("?");
jsymbol4 = new JLabel("?");
...
// 设置答案对错的标签
jjudge1 = new JLabel("?");
jjudge2 = new JLabel("?");
jjudge3 = new JLabel("?");
jjudge4 = new JLabel("?");
...
/* 加法计算 */
if (e.getSource() == AddBtn) {
flag=1;
jsymbol1.setText("+");
jsymbol2.setText("+");
jsymbol3.setText("+");
....
fun();
random();
}
// 计算第二道题
String answer2 = null;
a2 = first2 + second2;
answer2 = Double.toString(a2);
String result2 = janswer2.getText();
if (result2.equals(answer2)) {
jjudge2.setText("对");
true1 = true1 + 1;
jjright.setText(Integer.toString(true1));
} else {
jjudge2.setText("错");
jjresult2.setText(answer2);
}
// 计算第三道题
// 计算第四道题
----节选代码结束
2. bad smell
该同学的全部代码在这里，java语言GUI版本的[http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4480053.html]。
事实上，能细心地安置10个控件，复制粘贴->修改其中的不同，是件很不容易的事情。需要耐心和精确，稍有不慎就会操作错误，而查找这个错误非常困难，因为它隐藏在面目相似的群体之中。又，耐心和精确，确是一种非常可贵的品质，难以替代，不过，科学和技术还给我们另一种力量，就是让 平凡的人 拥有更强大的力量。任何人都能学会，只要掌握就能更牛，这是科学与巫术的不同。
该同学的问题，在她稍晚的作业中自己回答了，"Duplicated Cod（重复代码）" [http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4500116.html]，这是重要的代码坏味道，重要到，它排在了坏味道中的第一名。
所谓重复，就是看起来 它们相似。
该同学其实曾经完美的解决过这个问题，在她更早的作业中，C语言console版本的 [http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4399804.html]，她用for循环实现了5道题目，判断题目对错，只写了一次代码， (而在JAVA GUI版本中，她写了10次)。
3. 解决之道
沉默的代码（某位资深工程师，他在群里不是这个名字，所以不知道是谁）在作业的博客中批阅道，"使用For循环重构上面的代码"。
那天，在群里得有10位左右资深工程师给出了相同的意见，用了各种不同而相似的说法。相信该同学已经蒙了，"他们到底说的是什么啊。"最打击人的，不少资深工程师对自己给出的方法加了限定和修饰，"这是非常基本的方法"。
如果该同学看到我这篇博客，请一定仔细读一下我下面这一段话。"基本"一词，不是指它简单，或者暗示你在道德 (勤奋、努力之类的)上 理应掌握，而是它极其经常在工业中应用，所以，需要掌握。需要掌握的原因，是这是本领域的"基本"技术，就像战士的射击。
资深工程师们的核心思想是，用循环去除重复。
该同学的疑问有二。一，她们没学过数组控件。对此，邹欣老师建议，用控制台实现，用意大概是先掌握抽象这一方法，至于控件什么的技术，倒在其次。该同学提到，JAVA没有学过控制台的程序。二，怎么循环呢，怎么抽象呢？
对于第二个疑问，即需要A.原则，B.精晰的可操作的指令，也需要C.示范。示范在后面，下面先给出指令。
把上述代码抽象为循环，A.原则是，找出代码中 相同的部分 和 有变化的部分。把相同的部分放在循环 (或者函数)中，把不同的部分，作为循环的变量 (或函数的参数。参数又译为变数，其义正对)，或者作为变量的函数 (这个函数的意思是数学上的，即可以由变量求得)。
B. 指令如下:
把那些名字相似，只有最后一个数字不同的，不单独声明为变量，而是声明为数组；不用名字区分它们，而是使用数组的下标区分它们。
凡是对这些变量操作（读或写)的，改为对数组元素操作。对某元素操作的若干次，改为在循环中执行，每次变更 (比如递增1) 数组元素的下标。
一共三种代码需要关注。(1)不变的部分，在每次循环中都一样， (2)数组下标，每次循环都变更， (3)下标或循环变量可能不同，需要找到它们间的关系。本例中没有第 (3)种情况。
C. 示范，上面的代码，按资深工程师们的指示，大概改成下面这个意思。
----节选代码开始
List<JTextField> jfirst = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题的分别的第一个数据
List<JLabel> jsymbol = new ArrayList<JLabel>(); // 10道题的分别的符号
List<JTextField> jsecond = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题的分别的第二个数据
List<JTextField> janswer = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题分别的结果
// 添加每道题的符号标签
// 设置答案对错的标签
int max_length = 10;
for(int i = 0; i< max_length; ++i)
{
jsymbol.add(new JLabel("?"));
jjudge1.add(new JLabel("?"));
}
...
/* 加法计算 */
if (e.getSource() == AddBtn) {
flag=1;
for(int i = 0; i< max_length; i++)
{
jsymbol[i].setText("+");
}
fun();
random();
}
// 计算第二道题
// 计算第三道题
// 计算第四道题
for(int i = 0; i< max_length; ++i)
{
String answer[i] = null;
a[2] = first[2] + second[2];
answer[2] = Double.toString(a[2]);
String result[2] = janswer[2].getText();
....//省略的原因不是像循环的类似，而是可按上述方法修改
}
----节选代码结束
4. 不仅如此
对于教学本身的讨论，至此可以告一段落，但是更深的讨论，才刚刚开始。在经典导论教材SICP中，一共五章的书里，用了三章讲抽象，甚至标题就叫做XX抽象。可见抽象之重要。
抽象为循环、抽象为函数，以上给出的原则、指令、示范，是非常形而下的，因此更容易操作。但是，在何处情况下应该做抽象，如何抽象，是个更深刻的问题。比如，我们是否要把四则运算中的加减乘除抽象为同一个函数么，向然后向这个函数传入一个 first class 的操作符；我们是否要把供用户选择题目类型的按钮抽象为一个数组；为什么要这样做，为什么不这样做？为什么不抽象为面向对象，为什么不抽象为AOP，为什么不使用设计模式。
如果仅回答，"使用这些技术会导致代码更复杂"，那么，"复杂"在这里，很大程度上只是个人的主观体验。这位同学也可以说，抽象成控件数组，还不如复制粘贴容易呢。在做项目的时候，我的学生就真的这样质疑过。当然，我们可以回答，"当代码规模更大的时候"，可是，你又如何知道代码的成长方向呢？
从一次次的执行 (执行，是动态，或复制粘贴，是静态)中，发现其中不变的部分，抽象这些部分，并允许不同的部分可以在不同的情境 (第几次循环，函数的参数)下指定；还要在代码中同时包括不变和变化的部分 (比如，用循环变量和数组下标表示变化)。
这是一项异常艰难的工作。因此，教授抽象，也非常艰难，如果不是更难的话。
刘典说，他是先学会编程，后学的英语。因此，在他看来，for的第一含义就是循环，而不是"为了"。对于工程师而言，把技术内化为本能，值得称道，不过，作为教师，这就是 (如他所说)知识诅咒。因为你忘记了当初如何艰难地掌握了这一点，甚至，你并没有深刻掌握，只是每次都类比过去的成功经验，照样应用了而已。
为什么艰难？因为在编程以外的经验中，我们鲜能发现 循环。有人可能会说，日出而作、日落而怎，每个学期、每周的课表，这不是循环吗？这不是。这不是实现完整的循环所需要的，是粗糙的。在刚刚提到的这些循环中，什么是循环变量，循环的开始和终止条件是什么，有必要存在循环变量吗，是否可以用迭代器取代，用foreach呢，在循环体中，哪些是每次循环要改变的，哪些是不变的。
有人说，这简单啊，上述问题都能答上来。但是，你在日常生活中考虑上述循环的时候，会考虑这些问题吗，还是只是粗糙地应付过去？这就是日常生活中没有循环这一经验的原则。
而在掌握一项技能之初，有类似的经验非常重要。这就是为什么物理学的力学部分，男同学普遍比女同学掌握快的原因－－经验。这也是为什么物理学的电学部分，好多同学一下子就蒙了的原因，不是因为看不见摸不着，而是现实中没有这样的东西。水流、水压，这些比喻并不与电学概念完全对应，更何况大家对这些流体 (静？) 力学的经验也就呵呵。
循环的经验来自于哪里，为什么循环对很多人难以掌握？
与循环高度类似的，是高中代数中的数学归纳法，是数列的通项，是求得的sigma上面的那个i。而这些，有很多人本来学得就烂。这就是循环的抽象。当然，前面学得不好，也可以利用计算机的for循环学习这种抽象。
(题外话，类似的，与实验技能相关的，实验现象说明什么，假阴性假阳性，这些对应的是初中平面几体里的充分条件必要条件。很多人没有把逻辑推理内化，或者没有自觉地使用这一工具，因此在做实验的时候会糊涂。)
为什么抽象，如何抽象，这个话题也可以延伸到面向对象的继承和多态，不赘述。我想说的是，抽象，并不是简单和自然的，不是理应掌握的技能，而是必须掌握的技能。
-------
博客会手工同步到以下地址：
[http://zhuanlan.zhihu.com/younggift]
[http://giftdotyoung.blogspot.com]
[http://blog.csdn.net/younggift]
1. 问题的提出，一次作业
要求实现 小学四则运算系统，系统出10道题，用户输入答案，系统判定对错，系统给出对错的数量。
这是以邹欣老师的《构建之法》作为教材，某高校的软件工程课程作业。
该作业要求迭代开发，在《构建之法》群里，企业的工程师、高校教师对某次某位同学提交的作业进行了点评。
这位同学提交的是 JAVA GUI 版本的程序。控制件的选择，每道题的两个数是文本框禁用，要求用户输入答案处是文本框，判断对错是文本框禁用；选择加减乘除题目，是按钮。
该同学实现了出10道题目。问题来了，邹欣老师问，如果我要求出40道题目呢？之所以有此一问，是因为该同学硬编码了10道题目的 控件和业务逻辑，她的代码看起来是这样的。
----节选代码开始
JTextField jfirst1, jfirst2, jfirst3, jfirst4, jfirst5, jfirst6,
jfirst7, jfirst8, jfirst9, jfirst10;// 10道题的分别的第一
个数据JLabel jsymbol1, jsymbol2, jsymbol3, jsymbol4,
jsymbol5, jsymbol6,
jsymbol7, jsymbol8, jsymbol9, jsymbol10;// 10道题的分别的符号
JTextField jsecond1, jsecond2, jsecond3, jsecond4, jsecond5, jsecond6,
jsecond7, jsecond8, jsecond9, jsecond10;// 10道题的分别的第二个数据
JTextField janswer1, janswer2, janswer3, janswer4, janswer5, janswer6,
janswer7, janswer8, janswer9, janswer10;// 10道题分别的结果
// 添加每道题的符号标签
jsymbol1 = new JLabel("?");
jsymbol2 = new JLabel("?");
jsymbol3 = new JLabel("?");
jsymbol4 = new JLabel("?");
...
// 设置答案对错的标签
jjudge1 = new JLabel("?");
jjudge2 = new JLabel("?");
jjudge3 = new JLabel("?");
jjudge4 = new JLabel("?");
...
/* 加法计算 */
if (e.getSource() == AddBtn) {
flag=1;
jsymbol1.setText("+");
jsymbol2.setText("+");
jsymbol3.setText("+");
....
fun();
random();
}
// 计算第二道题
String answer2 = null;
a2 = first2 + second2;
answer2 = Double.toString(a2);
String result2 = janswer2.getText();
if (result2.equals(answer2)) {
jjudge2.setText("对");
true1 = true1 + 1;
jjright.setText(Integer.toString(true1));
} else {
jjudge2.setText("错");
jjresult2.setText(answer2);
}
// 计算第三道题
// 计算第四道题
----节选代码结束
2. bad smell
该同学的全部代码在这里，java语言GUI版本的[http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4480053.html]。
事实上，能细心地安置10个控件，复制粘贴->修改其中的不同，是件很不容易的事情。需要耐心和精确，稍有不慎就会操作错误，而查找这个错误非常困难，因为它隐藏在面目相似的群体之中。又，耐心和精确，确是一种非常可贵的品质，难以替代，不过，科学和技术还给我们另一种力量，就是让 平凡的人 拥有更强大的力量。任何人都能学会，只要掌握就能更牛，这是科学与巫术的不同。
该同学的问题，在她稍晚的作业中自己回答了，"Duplicated Cod（重复代码）" [http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4500116.html]，这是重要的代码坏味道，重要到，它排在了坏味道中的第一名。
所谓重复，就是看起来 它们相似。
该同学其实曾经完美的解决过这个问题，在她更早的作业中，C语言console版本的 [http://www.cnblogs.com/tujiangfeng/p/4399804.html]，她用for循环实现了5道题目，判断题目对错，只写了一次代码， (而在JAVA GUI版本中，她写了10次)。
3. 解决之道
沉默的代码（某位资深工程师，他在群里不是这个名字，所以不知道是谁）在作业的博客中批阅道，"使用For循环重构上面的代码"。
那天，在群里得有10位左右资深工程师给出了相同的意见，用了各种不同而相似的说法。相信该同学已经蒙了，"他们到底说的是什么啊。"最打击人的，不少资深工程师对自己给出的方法加了限定和修饰，"这是非常基本的方法"。
如果该同学看到我这篇博客，请一定仔细读一下我下面这一段话。"基本"一词，不是指它简单，或者暗示你在道德 (勤奋、努力之类的)上 理应掌握，而是它极其经常在工业中应用，所以，需要掌握。需要掌握的原因，是这是本领域的"基本"技术，就像战士的射击。
资深工程师们的核心思想是，用循环去除重复。
该同学的疑问有二。一，她们没学过数组控件。对此，邹欣老师建议，用控制台实现，用意大概是先掌握抽象这一方法，至于控件什么的技术，倒在其次。该同学提到，JAVA没有学过控制台的程序。二，怎么循环呢，怎么抽象呢？
对于第二个疑问，即需要A.原则，B.精晰的可操作的指令，也需要C.示范。示范在后面，下面先给出指令。
把上述代码抽象为循环，A.原则是，找出代码中 相同的部分 和 有变化的部分。把相同的部分放在循环 (或者函数)中，把不同的部分，作为循环的变量 (或函数的参数。参数又译为变数，其义正对)，或者作为变量的函数 (这个函数的意思是数学上的，即可以由变量求得)。
B. 指令如下:
把那些名字相似，只有最后一个数字不同的，不单独声明为变量，而是声明为数组；不用名字区分它们，而是使用数组的下标区分它们。
凡是对这些变量操作（读或写)的，改为对数组元素操作。对某元素操作的若干次，改为在循环中执行，每次变更 (比如递增1) 数组元素的下标。
一共三种代码需要关注。(1)不变的部分，在每次循环中都一样， (2)数组下标，每次循环都变更， (3)下标或循环变量可能不同，需要找到它们间的关系。本例中没有第 (3)种情况。
C. 示范，上面的代码，按资深工程师们的指示，大概改成下面这个意思。
----节选代码开始
List<JTextField> jfirst = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题的分别的第一个数据
List<JLabel> jsymbol = new ArrayList<JLabel>(); // 10道题的分别的符号
List<JTextField> jsecond = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题的分别的第二个数据
List<JTextField> janswer = new ArrayList<JTextField>(); // 10道题分别的结果
// 添加每道题的符号标签
// 设置答案对错的标签
int max_length = 10;
for(int i = 0; i< max_length; ++i)
{
jsymbol.add(new JLabel("?"));
jjudge1.add(new JLabel("?"));
}
...
/* 加法计算 */
if (e.getSource() == AddBtn) {
flag=1;
for(int i = 0; i< max_length; i++)
{
jsymbol[i].setText("+");
}
fun();
random();
}
// 计算第二道题
// 计算第三道题
// 计算第四道题
for(int i = 0; i< max_length; ++i)
{
String answer[i] = null;
a[2] = first[2] + second[2];
answer[2] = Double.toString(a[2]);
String result[2] = janswer[2].getText();
....//省略的原因不是像循环的类似，而是可按上述方法修改
}
----节选代码结束
4. 不仅如此
对于教学本身的讨论，至此可以告一段落，但是更深的讨论，才刚刚开始。在经典导论教材SICP中，一共五章的书里，用了三章讲抽象，甚至标题就叫做XX抽象。可见抽象之重要。
抽象为循环、抽象为函数，以上给出的原则、指令、示范，是非常形而下的，因此更容易操作。但是，在何处情况下应该做抽象，如何抽象，是个更深刻的问题。比如，我们是否要把四则运算中的加减乘除抽象为同一个函数么，向然后向这个函数传入一个 first class 的操作符；我们是否要把供用户选择题目类型的按钮抽象为一个数组；为什么要这样做，为什么不这样做？为什么不抽象为面向对象，为什么不抽象为AOP，为什么不使用设计模式。
如果仅回答，"使用这些技术会导致代码更复杂"，那么，"复杂"在这里，很大程度上只是个人的主观体验。这位同学也可以说，抽象成控件数组，还不如复制粘贴容易呢。在做项目的时候，我的学生就真的这样质疑过。当然，我们可以回答，"当代码规模更大的时候"，可是，你又如何知道代码的成长方向呢？
从一次次的执行 (执行，是动态，或复制粘贴，是静态)中，发现其中不变的部分，抽象这些部分，并允许不同的部分可以在不同的情境 (第几次循环，函数的参数)下指定；还要在代码中同时包括不变和变化的部分 (比如，用循环变量和数组下标表示变化)。
这是一项异常艰难的工作。因此，教授抽象，也非常艰难，如果不是更难的话。
刘典说，他是先学会编程，后学的英语。因此，在他看来，for的第一含义就是循环，而不是"为了"。对于工程师而言，把技术内化为本能，值得称道，不过，作为教师，这就是 (如他所说)知识诅咒。因为你忘记了当初如何艰难地掌握了这一点，甚至，你并没有深刻掌握，只是每次都类比过去的成功经验，照样应用了而已。
为什么艰难？因为在编程以外的经验中，我们鲜能发现 循环。有人可能会说，日出而作、日落而怎，每个学期、每周的课表，这不是循环吗？这不是。这不是实现完整的循环所需要的，是粗糙的。在刚刚提到的这些循环中，什么是循环变量，循环的开始和终止条件是什么，有必要存在循环变量吗，是否可以用迭代器取代，用foreach呢，在循环体中，哪些是每次循环要改变的，哪些是不变的。
有人说，这简单啊，上述问题都能答上来。但是，你在日常生活中考虑上述循环的时候，会考虑这些问题吗，还是只是粗糙地应付过去？这就是日常生活中没有循环这一经验的原则。
而在掌握一项技能之初，有类似的经验非常重要。这就是为什么物理学的力学部分，男同学普遍比女同学掌握快的原因－－经验。这也是为什么物理学的电学部分，好多同学一下子就蒙了的原因，不是因为看不见摸不着，而是现实中没有这样的东西。水流、水压，这些比喻并不与电学概念完全对应，更何况大家对这些流体 (静？) 力学的经验也就呵呵。
循环的经验来自于哪里，为什么循环对很多人难以掌握？
与循环高度类似的，是高中代数中的数学归纳法，是数列的通项，是求得的sigma上面的那个i。而这些，有很多人本来学得就烂。这就是循环的抽象。当然，前面学得不好，也可以利用计算机的for循环学习这种抽象。
(题外话，类似的，与实验技能相关的，实验现象说明什么，假阴性假阳性，这些对应的是初中平面几体里的充分条件必要条件。很多人没有把逻辑推理内化，或者没有自觉地使用这一工具，因此在做实验的时候会糊涂。)
为什么抽象，如何抽象，这个话题也可以延伸到面向对象的继承和多态，不赘述。我想说的是，抽象，并不是简单和自然的，不是理应掌握的技能，而是必须掌握的技能。
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