Рефакторинг: что такое оптимизация и рефакторинг в программировании

Что такое рефакторинг кода

Определение 

Цели и задачи 

Когда следует применять 

Методы и принципы рефакторинга 

Принципы рефакторинга 

Инструменты 

IDE 

Линтеры и анализаторы кода 

Инструменты для архитектуры 

Test-Driven Development 

Преимущества рефакторинга 

Заключение 

В коммерческом программировании качеством часто пренебрегают ради соблюдения дедлайна. Чем больше накапливается наспех сделанного кода, тем больше проблем с ним может возникнуть. С каждым разом разбираться в ошибках сложнее. Прогнозы сроков задач становятся менее точными, софт медленнее работает и чаще ломается. Чтобы избежать этого, нужен рефакторинг кода.

Определение

Рефакторинг (англ. refactoring) — доработка внутренней структуры программы для лучшего понимания ее работы. Этот процесс не подразумевает изменений в наблюдаемом поведении программы, не исправляет ошибки и не добавляет новый функционал. 

Выполнять рефактор стоит последовательностью небольших преобразований: так проще тестировать. Если исходная и доработанная версия проявляют себя одинаково, то все хорошо. Совокупность таких улучшений может привести к существенному изменению структуры и логики программы, а также согласованности, четкости и лаконичности.

Слово «рефактор» часто ассоциируют с оптимизацией. Но задача первого — повысить удобочитаемость, а второго — повысить скорость работы программы. Кроме того, оптимизация алгоритмов часто усложняет их восприятие, в отличие от рефакторинга.

Цели и задачи

В первую очередь его проводят для снижения технического долга. Это накопленные проблемы и недостатки в коде, которые могут усложнять разработку и поддержку продукта. Он возникает, когда разработчики жертвуют качеством ради скорости. Рефакторинг программного кода помогает предотвращать накопление технического долга и обеспечивать долгосрочную устойчивость проекта. 

Снижение технического долга способствует улучшению качества кода. Это достигается за счет применения лучших практик программирования, использования шаблонов проектирования и соблюдения принципов чистого кода. В свою очередь, повышение качества увеличивает читабельность, что упрощает доработку и поддержку ПО.

Когда следует применять

Рефакторить нужно постоянно. Это позволит не накапливать технический долг и не затягивать с выполнением задач. Но заказчик обычно платит не за «причесывание» кода, а за результат. Следовательно, если в какой-то момент рефакторинг займет слишком много времени, это может плохо сказаться на производительности команды. Вот в каких случаях без него не обойтись:

• код стал трудным для понимания и поддержки;
• изменились требования к проекту;
• сложности с тестированием ПО;
• нет шаблона проектирования или он не соблюдался;
• нет единообразия инструментов в разработке;
• планируется добавление нового функционала;
• планируется релиз или крупное обновление.

Рефакторить нужно и в случае, когда код имеет явные проблемы:

• дублирующиеся фрагменты;
• лишние временные переменные;
• плохие названия элементов кода;
• есть неиспользуемые части;
• длинные методы или классы;
• избыточные комментарии;
• ненужные библиотеки;
• «жадные» функции;
• несгруппированные данные.

Методы и принципы рекфакторинга

1. Изменение сигнатуры метода (англ. Change Method Signature).

Смена имени, параметров и типа возвращаемого значения, чтобы лучше отражать функциональность метода. Для этого также нужно обновить все его вызовы.

2. Инкапсуляция поля (англ. Encapsulate Field).

Поле делается приватным, а для обращения к нему создается отдельный метод. Все обращения к полю заменяются геттерами и сеттерами.

3. Выделение класса (англ. Extract Class).

Класс разделяется на несколько меньших классов, чтобы уменьшить его сложность. Также обновляются связи между классами.

4. Выделение интерфейса (англ. Extract Interface).

Общие методы и свойства классов выделяются в интерфейс для обеспечения единообразия и упрощения взаимодействия с ними.

5. Выделение локальной переменной (англ. Extract Local Variable).

Часть выражения переносится в отдельную переменную для улучшения читаемости и уменьшения дублирования.

6. Выделение метода (англ. Extract Method). Повторяющийся фрагмент кода оформляется как отдельный метод, который затем вызывается в

нужных местах. 7. Генерализация типа (англ. Generalize Type).

Замена конкретного типа (например, enum) на более общий для улучшения гибкости и повторного использования кода.

8. Встраивание (англ. Inline). Замена вызова его содержимым для уменьшения сложности и сокращения числа вызовов.

9. Подъем и спуск метода (англ. Pull Up Method и англ. Push Down Method).

Перемещение общего метода из нескольких подклассов в суперкласс для устранения дублирования. То есть вызовы в подклассах заменяются вызовом из суперкласса. Подъем то же самое, но наоборот. Это позволяет улучшить связность классов, разместив метод там, где его ожидают увидеть, и уменьшить зависимость между суперклассом и подклассами.

10. Перемещение метода (англ. Move Method). Его переносят в другой класс, если он больше с ним связан.

11. Замена условного оператора полиморфизмом (англ. Replace Conditional with Polymorphism).

Создается альтернатива сложным условным операторам, основанным на типе, в виде полиморфизма. Простой пример: вместо длинной цепочки if-else для определения типа фигуры и расчета ее площади можно создать подклассы для каждого типа фигуры (круг, квадрат, треугольник) и использовать полиморфизм для вызова соответствующего способа расчета площади.

12. Замена наследования делегированием (англ. Replace Inheritance with Delegation).

Если подкласс использует только часть функциональности суперкласса, то наследование может быть избыточным, и вместо него лучше использовать делегирование.

13. Замена кода типа подклассами (англ. Replace Type Code with Subclasses). Для каждого значения закодированного типа создается отдельный подкласс, который реализует свою

версию методов, а вызывающий код использует полиморфизм для вызова правильной версии метода. 14. Введение фабрики (англ. Introduce Factory).

Фабрика отделяет производство продуктов (объектов) от всего остального, что эти продукты использует. Фабричный метод объявляется в суперклассе, а подклассы реализуют его по-своему, позволяя изменять тип создаваемых объектов.

Принципы рефакторинга:

• каждый шаг должен делать ровно одну понятную вещь;
• изменения должны быть единообразными;
• рефактор должен быть прозрачным и понятным для других разработчиков;
• доработки проводятся небольшими порциями и каждый раз тестируются;
• сохранение функциональности без нарушения работоспособности.
  
  

Инструменты

Вручную отрефакторить код, соблюдая все принципы и методы, достаточно сложно, и потому существует много вспомогательных инструментов.

IDE

Integrated Development Environment — интегрированная среда разработки. Современные IDE имеют встроенные инструменты для рефакторинга. Например:

• IntelliJ IDEA, Eclipse, Visual Studio предлагают варианты переименования, извлечения и встраивания, автоматически обновляют ссылки;
• PyCharm предлагает методы рефакторинга, созданные специально под Python, например, извлечение константы, параметра или суперкласса;
• GIGA IDE позволяет задать критерии качества кода и отслеживать соответствие им на всех этапах разработки с помощью ИИ-ассистента;
• ReSharper для Visual Studio расширяет возможности IDE для C# и других .NET-языков.

Эти инструменты позволяют быстро применять различные техники рефакторинга, автоматически обновляя все ссылки на изменяемые элементы.

Линтеры и анализаторы кода

Линтеры и статические анализаторы помогают выявлять проблемные участки и приводить их в порядок. Например:

• ESLint для JavaScript и TypeScript;
• Pylint и Flake8 для Python;
• SonarLint для Java, C#, JavaScript и других языков.

Они проверяют соответствие стандартам оформления, выявляют дублирование, сложные условия и другие признаки необходимости рефакторинга.

Инструменты для архитектуры

Для рефакторинга архитектуры программных систем используют инструменты визуального моделирования, такие как PlantUML и Structurizr. Они помогают создавать и анализировать диаграммы компонентов и развертывания, выявляя архитектурные проблемы.

Test-Driven Development

TDD (англ. Test-Driven Development — разработка через тестирование) — методика создания программного обеспечения, которая заключается в написании тестов до самого кода. Она включает в себя три основных этапа:

1. Write a Test (написание теста) — сначала пишется тест, который описывает ожидаемое поведение фрагмента программы.
2. Write the Code (написание кода) — затем создается минимальный код, который позволит пройти тест.
3. Refactor (рефактор) — в конце улучшается структура и читаемость без изменений функциональности.

Такой подход помогает заранее определить требования, упростить рефакторинг и сделать алгоритм более надежным. Также тесты могут служить «живыми» спецификациями — не только описывать, как алгоритм должен работать, но и проверять его. Пример использования:

1. Создается тест, который проверяет, что метод calculateSum возвращает сумму двух чисел.
2. Тест не проходит, так как calculateSum еще не реализован.
3. Пишется минимальный код для прохождения теста.
4. Разработчик рефакторит код.
5. Повторно проводится тест, чтобы гарантировать, что рефакторинг не нарушил функциональность.

Преимущества рефакторинга

1. Повышение качества кода. Рефакторинг устраняет избыточность, упрощает сложные структуры и обеспечивает согласованность стиля. Это делает код более читаемым, понятным, его становится проще поддерживать.
2. Упрощение дальнейших доработок. Хорошо структурированный и читаемый алгоритм легче модифицировать и расширить за счет новых функций. Это ускоряет разработку и снижает риски.
3. Предотвращение технического долга. Регулярный рефакторинг не позволяет накапливаться техническому долгу. Это обеспечивает долгосрочную устойчивость проекта.
4. Облегчение командной разработки. Чистый и понятный код позволяет быстрее вникнуть в принцип работы той или иной части программы и, следовательно, проще обнаруживать ошибки и вносить правки. Это повышает эффективность работы команды.
5. Улучшение читабельности. Например, переименование переменных и методов улучшает читаемость. Это облегчает понимание и поддержку программы.

Заключение

Регулярный рефакторинг — не просто «причесывание» кода. Это вклад в будущее проекта и упрощение работы всей команды разработчиков. Такая практика позволяет поддерживать чистоту, читаемость и актуальность кода, помогает предотвратить срыв дедлайнов и держать качество разработок на высоком уровне. Поэтому она применяется повсеместно. Сейчас это — неотъемлемая часть коммерческого программирования.