減少相依性，以避免牽一髮動全身

對程式設計而言，所謂的「副作用（Side Effect）」，指原本預期目的之外的額外效應。這有可能是一些額外的計算、動作，或對程式狀態（變數）的改變。

有時候，副作用是無害的，它只是增加了一些惱人的行為，但是，大多數時候，副作用會造成傷害。而且此類的副作用，會產生臭蟲，影響到程式的正確行為。

副作用引發的臭蟲特別難解
正所謂「明槍易躲，暗箭難防」。顯而易見的臭蟲，容易察覺也容易解決，但隱藏於暗處，那種由程式副作用所引發的臭蟲，往往不是難以重現蹤影、就是難以發掘所在，因而不容易解決。

現今軟體開發有著高度的複雜度，而之所以會如此，錯綜複雜的各個軟體元件之間相互作用下，各自存在的副作用，是主要的影響因素之一。

想要克服軟體程式設計時的高複雜度，或者說得卑微些，想要在軟體設計的高複雜度下謀求生存，去控制、降低程式碼所衍生的副作用，肯定是重要的議題。

完美函式的標準：固定的輸入，產出固定的結果
我們所寫下的程式碼之所以可能引發副作用，其實和採用的程式設計方式有關。程式語言分為許多類型，而我們大多數程式人所慣常使用的，幾乎都是屬於「命令式程式語言（Imperative Programming Language）」。

這類的程式語言，在運作時所做的事，簡單歸納起來，是透過一組特定的指令，改變一組狀態。從現行處理器（CPU）的運作便不難理解此事，處理器提供一組指令集，允許我們操作暫存器及記憶體的值，而暫存器及記憶體中的值，便構成了程式運行時的狀態。

而倚賴一組狀態在運行的程式碼，都或多或少有引發副作用的可能。一段程式碼，倘若輸入是一組狀態，而輸出亦會更動到另一組狀態，那麼這段程式碼，便可能受到其他程式碼副作用所影響，以及可能陷入引發副作用，且影響到其他程式碼的危機當中。

例如我們所熟悉的C語言，使用了函式（Function）來指涉在其他程式語言中可能稱為子程序（Sub-Procedure）的東西。

事實上，函式是個源自於數學的名詞，而一個完美的函式，應當是在給定一組固定的傳入值得情況下，不論在各種時間點、情境下呼叫它多少次，永遠都回傳固定的結果。但是，讀者不妨捫心自問，自己所寫下的函式，又有多少個能夠符合這完美函式的標準呢？

使用全域變數的函式，將提高狀態的相依性
完美函式的確有卓越的優點存在，其中最重要的，莫過於這樣的函式不會引發副作用。因為它所回傳的值，永遠只取決於傳入函式的引數值，而不會受到其他確實存在，但又容易讓人忽略的程式狀態所影響。

對於引發副作用，有一類的函式惡名昭彰，也就是那種相依於全域變數的函式。這類的函式，有可能將全域變數值視為函式運作時輸入的一部分，也有可能在輸出時，修改到全域變數。

而它所相依的全域變數，也同樣可能做為其他函式輸入或輸出的一部分，那麼這些相依於相同全域變數的函式，便有可能因為自己對全域變數的修改方式超出其他函式的預期，因而造成了其他函式產生了不可預期的行為，引發了副作用。

這是許多程式設計守則中，都會建議程式設計者盡量減少使用全域變數，因為這項作法十分容易引發副作用。因為它具有全域的特性，一來，使得程式中的每個函式，都有權限加以存取，大大增加相互依賴的函式數目，也擴展了彼此錯綜複雜的關係。二來，因為宣告全域變數的位置，通常不在使用它的函式週遭，因而使得程式人對它失去戒心而缺乏防範。

狀態的相依性正是副作用的重要來源之一。而全域的變數（也就是全域的狀態），更將可能存在的相依性，提升到極高的程度，因為它放任所有函式無條件地可與它相依。這是Java、C#之類的程式語言，取消全域變數的關鍵原因。

降低對外在狀態的依賴，避免副作用的重要手段
從全域變數這個極端的例子切入，就不難明白，降低副作用的重要手段之一，便是降低對其他外在狀態的依賴。倘若你的函式，並不會將其他位於函式之外的變數視為計算的輸入值，僅建立區域變數（也就是內部狀態），並在運行的過程中僅修改區域變數，而不會修改到其他外在的變數，那麼它就幾乎不會受到其他函式的副作用影響，也可以大大降低引發副作用的機會。

C語言裡的靜態區域變數，雖然不像全域變數那樣，有被高度依賴的可能性，但是，由於它的生命期長，即使函式已返回，它仍舊存在。由於它是個區域的變數，只有內含該變數的函式才能加以存取，因而降低了不同函式之間互相影響的機會。

但仍然避免不掉同一個函式自我影響的情況，例如多執行緒同時呼叫同一函式時，若此函式存取靜態區域變數，仍然有可能造成問題。由此可見，變數的生命期（Life Cycle）和可視範圍（Visibility），都會影響到它被依賴的可能性。縮短變數的生命期、縮減其可視範圍（也就是盡量的區域化變數能被存取到的範圍），都可以降低變數被依賴的情況。

使用區域變數可視的範圍
命令式程式語言，在運作中免不了得操作狀態，但為了減少副作用的發生，程式人得盡力降低程式中對各個狀態的相依程度。僅使用區域變數是十分理想的情況，但現實的開發中似乎有困難。而像一些命令式的物件導向程式語言，它善用了封裝及資訊隱藏的概念，允許程式人將程式中會操作的狀態，以物件為單位凝聚在一塊。

如此一來，其可視範圍可以利用存取權限的設定（例如大家或許十分熟悉的Private、Protected關鍵字）來縮減，而其生命期則伴隨著該物件本身的生成及消滅。在許多物件導向程式設計守則中，也希望程式設計者盡量將本身的資料成員設為Private，便是希望降低這些變數的可視範圍，進而減少狀態的相依。倘若這麼做，便能將對變數的依賴區域化，控制在物件之中。

許多人在設計物件時，並未遵守這樣子的守則，受到副作用影響的機會就大很多了。此外，有些設計者會設計所謂的Getter、Setter函式，用來取得、設定物件的狀態。狀態的相依在所難免，只是要盡量減少。而且，並不是每一個資料成員都要為其設計Getter函式，只有需開放外界存取的狀態，才要這麼做，而且，應該要盡量減少對外公開的狀態,，避免增加被依賴的機會。而Setter函式，更是能免則免，因為開放了Setter函式，形同允許外界修改自己的狀態，自然提高了副作用發生的機會。

近來函數式程式語言（Functional Programming Language）似乎又有流行起來的趨勢，而函數式程式語言有個極大的優點，便是在於其中的函式並不存在對外在狀態的相依，因而避免了副作用。

實務上，或許每個人不見得採用函數式程式語言，但想要減少被副作用影響的情況，核心的精神還是一樣，便是留意、避免對函式（或物件）之外狀態的相依。若非得有相依的情況，這相依的範圍則是越局限於局部越佳。

作者簡介─王建興
	清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。