Текст книги "Первые 20 часов. Как быстро научиться… чему угодно"

Научиться программированию

Я уже довольно давно хотел научиться писать программы, однако на первый план всегда выходили другие проекты. Если я научусь программировать, то мои возможности в бизнесе существенно расширятся, поскольку весь мой бизнес связан с интернетом.

Важно отметить, что все, чем я занимался до сих пор, – это не программирование. Языки HTML и CSS, которыми я пользовался для разработки веб-страниц, называются «языками разметки». Коды HTML и CSS просто указывают компьютеру, в каком виде отобразить текстовый файл (то есть «этот текст отобразить жирным шрифтом» или «данный раздел – основной заголовок, шрифт 24 пункта»).

То же самое можно сказать о моих упорных попытках усовершенствования сервера. Конечно, я составлял какие-то программы, но настоящим программированием это назвать нельзя. Я просто устанавливал готовое программное обеспечение, а затем изменял его настройки. Приложения, которые я использовал, писали профессиональные программисты, и для того чтобы их применять, мне не нужно было уметь программировать. Конфигурирование сервера и его поддержка – полезные навыки, но это не программирование.

Что же такое программирование?

Первое, что мне пришло в голову: программирование – это указание, какие вещи должен делать компьютер. Однако такое определение было слишком расплывчатым и бесполезным. Что делать? Какие «вещи»?

10 лет назад в колледже я прослушал два курса по основам программирования и поэтому немного смутился, когда понял, что не могу дать четкого определения этой дисциплине. Я помню некоторые из основных терминов, например переменная, цикл, ввод, вывод, функция, объектная ориентация, а также нечто под названием пузырьковая сортировка. Вот, пожалуй, и все.

Я должен был научиться писать программы на языке C++ и помню, как расстраивался, когда много часов искал пропущенную точку с запятой, из-за которой не работала моя программа. Я также помню слова преподавателя: «Вы никогда не будете использовать пузырьковую сортировку в реальных приложениях, но мы все равно будем ее изучать».

В процессе учебы я написал несколько простых программ, по необходимости: цель состояла в том, чтобы получить хорошую оценку, и я ее получил. К сожалению, программы, которые мы писали, были неприменимы в реальной жизни, а с тех пор я не имел дела с программированием. Несмотря на то что в моей памяти застряли несколько терминов, начинать придется с самого начала, с понимания основ.

Поскольку я не могу точно описать свои намерения, когда выражаю желание «научиться программировать», то предвижу трудности с определением целевого уровня мастерства. «Написать компьютерную программу» – это уже чуть конкретнее, но все равно бесполезно.

Пришла пора суммировать все, что я в данный момент знаю о программировании.

● Я знаю, что программисты «пишут» программы, что предполагает творческую задачу, которую можно решить разными способами.

● Программы часто называют «приложениями», и эти термины взаимозаменяемы.

● Когда компьютерные программы «запускаются» или «выполняются», то делают то, для чего они были написаны.

● Термины «вход» и «выход» запомнить легко, поскольку это обычные слова. Под входом понимают информацию или данные, которые использует программа, а под выходом – результат, получаемый по завершении ее работы.

● «Переменная» – это место для заполнения тем, что меняется. Вы можете создавать сколько угодно переменных, по своему желанию, и обозначать ими все что угодно.

● Сама «программа» представляет собой подробный набор инструкций и правил, которые указывают компьютеру, что нужно делать с входными данными. Когда программа заканчивает свое выполнение, вы получаете выходные данные.

● Программа «виснет» или выдает сообщение об ошибке, когда что-то идет не так и компьютер не может понять, что делать дальше.

Ну вот, уже кое-что. Получилось довольно грубое разбиение на элементы: вместо «программирования» мы теперь имеем три подчиненных понятия.

● Вход – информация, которая используется для выполнения процесса.

● Процесс – последовательность шагов, предпринимаемых программой в соответствии с входными данными.

● Выход – конечный результат выполнения программы.

Такое разбиение очень полезно. «Написать компьютерную программу» означает следующее: определить информацию, с которой вы хотите начать, установить последовательность шагов, точно описывающую действия компьютера с входными данными, а также определить выходные данные, предоставляемые вам компьютером «на выходе».

Представьте себе блок-схему, которая может служить полезной мысленной зацепкой, помогающей понять работу программы. Вы начинаете процесс с входных данных. Затем производите определенные действия в зависимости от выполнения тех или иных условий. Процесс заканчивается по достижении конца блок-схемы. Вы остаетесь с выходными данными: конечным результатом процесса, описанного блок-схемой.

Создание компьютерной программы аналогично разработке блок-схемы. Вы задаете те же вопросы:

● С чего я начинаю?

● С чего начинается процесс?

● Что происходит после этого? А дальше?

● Когда процесс заканчивается?

● Что я получу, когда процесс закончится?

Блок-схемы описывают ответы на эти вопросы в визуальной форме. Программы описывают то же в виде текста, однако суть от этого не меняется.

Аналогия с блок-схемой полезна также потому, что помогает объяснить и другие важные понятия.

Условные операторы – это выражения такого вида.

● Если X истинно/ложно, то делать Y.

● Если X не Y, то делать Z.

● Когда X истинно/ложно, то делать Y.

● Когда X не Y, то делать Z.

● Пока X истинно/ложно, делать Y.

● Пока X не Y, делать Z.

В данном случае X, Y и Z – это переменные, которые могут обозначать все что угодно. Переменные могут обозначать числа, как в элементарной алгебре, или слова. Иногда переменные – это отдельные буквы или символы, а иногда целые слова. В любом случае они обозначают объекты, с которыми мы работаем.

Условные операторы (ЕСЛИ, ТО, КОГДА И ПОКА – IF, THEN, WHEN и WHILE) подобны стрелкам с вопросами на блок-схеме. Представьте себе, что вы за рулем автомобиля: ЕСЛИ (IF) сигнал светофора красный, ТО (THEN) вы останавливаетесь. КОГДА (WHEN) сигнал светофора сменяется на зеленый, ТО (THEN) вы едете. КОГДА (WHEN) сигнал светофора желтый, ТО (THEN) вы тормозите, готовясь остановиться.

Имеет смысл остановиться на этих условных операторах немного подробнее, поскольку здесь есть несколько общих закономерностей. Условие истинно/ложно встречается довольно часто, а оператор ПОКА (WHILE) указывает не на одно конкретное действие, а на продолжение тех или иных действий.

Во всех случаях условный оператор содержит высказывание, которое определяет, нужно ли предпринимать какие-либо действия. Это высказывание называется условием и может принимать разные формы. Иногда условие представляет собой простое сравнение типа истинно/ложно (Сигнал светофора красный?), иногда математическое сравнение (Х больше 100?), а иногда содержит логическую конструкцию (Сигнал светофора НЕ красный?).

Назначение условия – определить, будет ли выполняться соответствующий процесс. Если условие истинно или достоверно, программа выполняет определенную команду. Если нет, то эта команда пропускается, и программа переходит к следующей.

Переменные типа истинно/ложно называются булевыми переменными – это красивое название обозначает то, что может принимать всего два значения. Да/нет и включено/выключено тоже относятся к булевым переменным. Булевы переменные играют большую роль в программировании, поскольку являются основой как простейших процессов (подобно истинно/ложно в блок-схемах), так и для включения/выключения крошечных электронных переключателей, из которых состоит компьютер.

В данном случае ПОКА (WHILE) – это особый тип условного оператора, который называется циклическим. Циклический оператор заставляет процесс повторяться до тех пор, пока не будет выполнено условие. Вернемся к аналогии управления автомобилем: ПОКА (WHILE) сигнал светофора красный, ехать нельзя.

Все очень просто, правда? Если провести аналогию между написанием компьютерной программы и составлением блок-схемы, этот процесс будет довольно легко представить.

И еще одно, последнее замечание: что будет, если компьютер зайдет в тупик, не зная, что ему делать, или команды, которые компьютер пытается выполнить в какой-то момент, не работают или не имеют смысла? Что произойдет?

В таком случае программа «вылетает» – останавливается и нередко вместо ожидаемого результата выдает сообщение об ошибке. Мы все знакомы с внушающим страх «синим экраном смерти» Windows или с сообщением «Ошибка 404: веб-страница не найдена» при поиске в интернете. Иногда происходит непредвиденное, компьютер «сходит с ума» и зависает.

Ваша задача как программиста предотвратить зависание и ошибки программы. Лучший способ – убедиться, что программа всегда имеет информацию, чтобы завершить процесс так, как планировалось, но это не всегда возможно. В тех случаях, когда неопределенности не избежать, полезно предусмотреть способ восстановления, если программа не может завершить процесс.

Эти операторы восстановления после ошибки называются исключениями, и они очень полезны. Их можно считать условными операторами, связанными с ошибкой: ЕСЛИ (IF) программа вылетает по ветке Х, ТО (THEN) делать Y вместо Х.

Исключения немного похожи на резервный генератор для больничного оборудования. Бо2льшую часть времени генератор просто присутствует, но не работает. Но если электроснабжение прервется, генератор включится, и больница будет использовать электроэнергию, вырабатываемую генератором, а не погрузится в полную темноту. Это спасет жизнь пациентам, подключенным к аппаратуре поддержания жизнедеятельности, которой требуется бесперебойное электропитание. Полный отказ опасен, и потому резервные планы очень важны.

Это и есть основы программирования. Определить входные данные. Ввести переменные. Создать процессы, которые ведут к желаемому результату. Рассмотреть эти процессы как блок-схему, добавив при необходимости условные операторы и исключения. Если все идет хорошо, ввести входные данные, запустить программу и получить желаемый результат.

Это сильное упрощение чрезвычайно сложного занятия, но достаточно подробное для того, кто впервые сталкивается с программированием. Разбив процесс создания программы на составляющие, легче понять, с чего нужно начинать.

Языки программирования

Тут возникает еще одна трудность: компьютер не разговаривает так, как люди. В сущности, работа компьютера основана на переключении крошечных электронных переключателей. Если у компьютера нет какого-либо способа перевести наш человеческий язык в команды переключения электронных элементов, он не сможет выполнить нашу команду.

Именно для этого и предназначены языки программирования: они предлагают программисту конкретный способ объяснить компьютеру, когда нужно начинать работу, что делать и когда остановиться. Они также позволяют программисту определить входные данные, процессы, выходные данные и действия по завершению программы.

В каждом языке программирования определен свой способ написания команд, который называется синтаксисом. Синтаксис языка включает правила, которые компьютер использует для перевода строк программы в команды крошечным электронным переключателям.

Практически в каждом языке предусмотрен способ описания переменных, условных операторов и исключений. Детали разнятся, но суть одна и та же.

Думать как программист

Программисты часто обдумывают проблемы с помощью так называемого псевдокода: языка, напоминающего язык программирования, но недостаточно конкретного, чтобы его команды исполнял компьютер. Его можно рассматривать как эскиз. Псевдокод помогает обдумать процесс решения задачи.

В примере, описывающем поведение водителя за рулем, я использовал псевдокод. Если сесть в машину и вслух произнести: «КОГДА я поверну ключ зажигания, ТО двигатель запустится», – ничего не произойдет. Но это не значит, что мое утверждение бессмысленно. Оно представляет собой способ обдумать шаги, необходимые для разрешения проблемы или получения желаемого результата.

Вы можете использовать основные понятия программирования, которые мы только что рассмотрели, для создания набросков программ, позволяющих решить повседневные задачи.

Вот забавный способ проверить это на себе. Попросите приятеля помочь вам решить простейшую задачу под названием «сделать сэндвич». Единственное правило – приятель должен лишь точно выполнять ваши инструкции, не больше и не меньше. Он ничего не знает и все ваши указания воспринимает буквально.

Вы: Возьми хлеб.

Приятель: Я не понимаю, что такое «возьми».

Вы: Протяни руку туда, куда я скажу, и схвати его.

Приятель: Я не понимаю, что такое «рука».

Вы (вздыхая): Вот эта штука. (Вы указываете на руку приятеля.)

Приятель: Понял.

Вы: Протяни руку туда, куда я скажу, и схвати его.

Приятель: Я не понимаю, что такое «схвати».

Вы: Согни пальцы вот так. (Вы демонстрируете, сгибая и разгибая пальцы.)

Приятель: Понял.

Вы: Протяни руку к хлебу и схвати его.

Приятель: Я не понимаю, что такое «хлеб».

Вы: Вот эта штука, вот здесь! (Вы указываете на хлеб.)

Приятель: Понял.

Вы: Протяни руку к хлебу и схвати его.

Приятель: (Протягивает руку к хлебу, сжимает пальцы и разжимает. Хлеб остается на месте.)

Вы: ИДИОТСКАЯ ИГРА!!!

Это глупый пример, но именно так выглядит программирование, особенно в самом начале.

Компьютер, подобно вашему приятелю, не может понять то, что вы в точности не определили. Любой сложный процесс, который вы пытаетесь описать, нуждается в полном и однозначном определении.

Именно в этом и заключается сложность программирования: одна-единственная неточная или ошибочная команда делает всю программу нерабочей. В этом отношении программирование не терпит компромиссов – ваша программа либо корректная, либо некорректная. Точность нужна в каждой детали.

Компьютеру безразлично ваше очарование и чувство юмора. Если программа неполная или плохо написана, то ваше приложение зависнет, и вы потеряете данные. Или вы напишете баг: фрагмент неверного кода, который вызовет неожиданные и непредсказуемые последствия. Тут как в математике – либо работает, либо нет. Никто не поставит вам высокую оценку за усердие.

При всем при том в программировании не существует единственного, универсального решения поставленной задачи – так же как и в математике. Есть тысячи способов получить из ваших входных данных желаемый результат. Программист должен выработать конкретный подход на основании имеющихся в его распоряжении средств.

Привыкнув к тому факту, что компьютер не способен читать ваши мысли, вы постепенно учитесь давать инструкции, которые система может понять – точно так же, как вы учились точно определять термины и описывать простейшие действия приятелю в игре «Сэндвич», прежде чем отдавать сложные команды.

В чем особенность программирования интернет-приложений?

Теперь у нас есть рабочее определение программирования. Оно предельно упрощено, однако позволяет понять, что мы пытаемся сделать.

Как бы то ни было, меня не интересуют все разновидности программирования – я хочу писать программы работы с сайтами. Если вы когда-либо пользовались программами электронной почты, например Gmail, Hotmail, Yahoo Mail или любой другой, то понимаете, о чем идет речь. Эти программы выполняются в вашем интернет-браузере. Чтобы использовать их, не нужно загружать программное обеспечение в компьютер. Вы просто указываете нужный сайт в браузере и регистрируетесь. Можно приступать.

Это очень важное отличие программного обеспечения, которое выполняется локально, от того, что выполняется удаленно на интернет-сервере. Чтобы разработать интернет-приложение, необходимо сначала написать его, а затем протестировать, убедившись в его работоспособности. Весь процесс разработки и тестирования выполняется на вашем компьютере.

После того как программа заработала, вы посылаете ее на «рабочий» интернет-сервер, где к ней получают доступ другие люди. Пользователи интернета не могут зайти на ваш компьютер из сети, поэтому загрузка программы на интернет-сервер открытого доступа является необходимым условием, чтобы вашим приложением могли пользоваться другие.

Это значит, что процесс разработки делится на два основных этапа: локальное программирование плюс тестирование – и загрузку программы на удаленный рабочий сервер для реального применения. Я должен выяснить, что представляют собой оба этих этапа.

Из предыдущего опыта работы с HTML и CSS я сделал один вывод: эти языки «немые» в том смысле, что вы не можете заставить главную веб-страницу хранить какую-либо информацию.

Допустим, у вас есть файл веб-страницы, содержащий приветствие «Привет всем!» [6], и вы хотите заменить слово «всем» именем пользователя, который посещает страницу. Отличная идея, но главные веб-страницы не способны хранить информацию, которую можно впоследствии воспроизвести. Они просто воспроизводят текст из файла, а этот файл не позволяет себя изменять.

Это свойство описывается таким техническим термином, как состояние. Главные веб-страницы, созданные с помощью HTML и CSS, не запоминают состояние и поэтому называются ресурсами «без запоминания состояния». На веб-странице вы можете создать окно для ввода имени пользователя с кнопкой «Сохранить», но для сохранения этой информации необходимо предусмотреть для нее специальное место.

Вот почему интернет-приложения используют для сохранения информации два подхода: базы данных и куки-файлы.

Понятие базы данных лучше всего иллюстрирует стопка учетных карточек. Предположим, вы хотите создать адресную книгу, в которой указаны имя, номер телефона, адрес электронной почты, пол и возраст всех ваших друзей.

Каждый друг получает свою учетную карточку, в которой записывается информация о нем. Если кто-то из друзей, к примеру, меняет адрес электронной почты, вы можете стереть старую информацию с карточки и заменить ее новой. Взглянув на любую учетную карточку, вы видите всю информацию сразу.

Стопка учетных карточек аналогична базе данных. Каждая карточка в стопке называется записью. В базе данных у вас может быть столько записей, сколько вам нужно, однако в какой-то момент стопка может вырасти до таких размеров, что пользоваться ею будет неудобно. Нередко имеет смысл разделить стопку на несколько частей: например, друзья и родственники в одной части, коллеги – в другой.

Пока понятно? А вот теперь самое интересное. Представьте, что ваша стопка учетных карточек стала волшебной. Вы можете разговаривать с ней, приказывая показать вам карточки, отвечающие определенным условиям, например:

● покажи мне карточку Джона Смита;

● покажи мне все карточки женщин;

● покажи мне все карточки людей, которым больше пятидесяти лет.

Очень удобно, правда? В сущности, именно для этого и служат базы данных – предоставляют вам способ хранения структурированной информации, а также способ ее извлечения в любой удобной форме.

Каждая разновидность данных, которую мы заносим в карточку, называется полем. Чем больше полей в базе данных, тем больше потенциальных способов извлечения информации, когда она вам потребуется.

Базы данных – самый распространенный способ хранения информации в интернет-приложениях. Если вам нужно хранить такие данные, как имя пользователя, адрес электронной почты, и другие подобные сведения, для этого прекрасно подойдет база данных. После того как Джон Смит войдет в ваше приложение, вы можете извлечь его имя из записи в базе данных, а затем вывести на экран: «Привет, Джон Смит!»

Другой распространенный способ хранения информации в интернет-приложениях – куки-файл. Это очень маленький текстовый файл, сохраняемый на компьютере пользователя. Куки-файлы удобны для хранения небольшого объема данных непродолжительное время.

В случае нашей программы для адресной книги можно хранить куки-файл, созданный в тот момент, когда Джон Смит входит в систему. Куки-файл Джона содержал бы такую информацию: username = johnsmith и loggedin = true. Если Смит покинет приложение, а затем снова вернется, программа распознает куки-файл и откроет доступ без повторной регистрации. Можно сделать так, чтобы куки-файлы хранились определенное время, что удобно для этого типа программирования. (Если вы увидите на сайте сообщение «Запомнить этот пароль», то происходит именно запись куки-файла.)

В данном случае мы производим разбиение на основные элементы. Это ни в коем случае не исчерпывающий список уникальных характеристик веб-программирования, однако его вполне достаточно, чтобы получить представление, чему мне нужно научиться. Это переменные, условные операторы, исключения, локальная/рабочая среда, базы данных и куки-файлы.

Видите, насколько полезным оказалось подобное разбиение? Я начал с туманного представления о том, чем я хочу заняться, а теперь у меня есть конкретный список навыков, которые нужно освоить.

Тем не менее я еще не готов приступать к работе. Помните, я говорил о том, что компьютеры не понимают человеческого языка? Мне нужно выбрать язык программирования, чтобы писать команды программы, а для этого потребуются дополнительные исследования.