為什麼要多樣化環境#

有時候，透過改變「戰場」就能找出微妙的 bug。你可以使用不同的 compiler、runtime interpreter、virtual machine、middleware、作業系統或 CPU 架構來建置或執行軟體。這是因為不同的環境可能會對輸入做更嚴格的檢查，或因為其結構放大了你的錯誤。

如果你遇到無法重現的應用程式不穩定、當機或可攜性問題，試著在另一個環境中測試你的軟體。

跨平台編譯的好處#

在不同作業系統上編譯或執行軟體，可以揭露不正確的 API 使用假設。例如：

  • C/C++ header 檔案可能包含非必要的宣告，讓你忘記 include 真正需要的 header
  • 不同 OS 的 API 實作可能差異很大（Solaris、FreeBSD、GNU/Linux 的 C library 各有不同）
  • 這些差異也會影響使用底層 C library 的直譯語言（JavaScript、Lua、Perl、Python、Ruby）

處理器架構差異#

對於 C、C++ 等貼近硬體的語言，底層處理器架構會影響程式行為：

  • x86 和 ARM 在 misaligned memory access 的處理上有差異
  • 結構體的大小和成員偏移量在不同架構間可能不同
  • 基本型別的大小會隨架構和 OS 變化
#include <stdio.h>

int
main()
{
        printf("S=%zu I=%zu L=%zu LL=%zu P=%zu\n", sizeof(short),
            sizeof(int), sizeof(long),
            sizeof(long long), sizeof(char *));
}

不同平台的輸出差異明顯，例如 long 在 Windows x64 是 4 bytes，但在 GNU/Linux x86_64 是 8 bytes。

三種多樣化環境的方式#

  1. 虛擬機軟體 (Virtual Machine)：在工作站上安裝不同 OS，且可以保存乾淨的映像檔隨時還原
  2. 低價小型電腦：如 Raspberry Pi，可輕鬆取得 ARM 架構的環境，也能透過網路存取
  3. 雲端主機 (Cloud-based Hosts)：租用執行不同 OS 的雲端機器

在同一工作站上多樣化#

不一定要使用另一台機器，也可以在自己的開發環境中引入多樣性。不同的 compiler 通常能偵測到更多問題，包括可攜性問題和邏輯缺陷。建議的替代環境組合：

  • .NET：同時使用 Mono 和 Microsoft 的工具
  • C/C++/Objective C：同時使用 LLVM 和 GCC
  • Java：同時使用 OpenJDK 和 Oracle JDK，嘗試多個 Java runtime
  • Ruby：除了 CRuby，也試 JRuby、Rubinius、mruby

用高階語言重新實作#

更激進的做法是用高階語言重新實作有問題的演算法。例如將 C 語言的實作用 Python、R、Ruby、Haskell 或 Unix shell 重寫，利用高階語言的 set operations、pipes、filters 和 higher-order functions，快速得到一個正確運作的版本。

這種方法能幫助你快速找到演算法設計中的問題，修正實作錯誤。之後如果效能至關重要，再回到原本的語言實作，並使用差異比對法 (Item 5) 來除錯。

重點回顧#

  • 多樣化的編譯和執行平台可以提供寶貴的除錯洞察
  • 用高階語言重新實作有問題的演算法，可以幫助找出並修復問題