程序原本(五十二):程序设计的核心思想——执行体与它在执行过程中的环境(在计算系统上的实现语言,其本质是:找到数据)

阅读数:26 2019 年 10 月 1 日 16:06

程序原本(五十二):程序设计的核心思想——执行体与它在执行过程中的环境(在计算系统上的实现语言,其本质是:找到数据)

编译过程将代码变为机器指令,这使得代码必然面临机器环境的限制,例如存储的使用与 CPU 执行权限的交接就是这类语言中主要的两类复杂问题:内存分配和线程调度。解释型语言将程序的入口由 CPU 指令序列变成代码的自然入口,散列存储使我们避免面临存储地址的限制,这些技术可以让语言从“机器问题”中解放出来。这一结果让我们认识到,机器环境的限制只是语言实现中的负担。

因此,我们的问题得以回到此前的讨论:程序的所有行为无外乎两点,其一找到(包括逻辑在内的)数据;其二计算。亦即是说,在一个解释性的,或不以机器问题为焦点的语言中,“找到(包括逻辑在内的)数据”必然会成为本质、核心和关键的问题。表 6 列出了整个系统中的语法元素的性质。

表 6 语法元素的性质

程序原本(五十二):程序设计的核心思想——执行体与它在执行过程中的环境(在计算系统上的实现语言,其本质是:找到数据)

* 可用于指定行为所依赖的行为,或关联项。例如 JavaScript 中的排序,可以指定排序过程。
** 作为通用行为,必须传入行为具体过程与参考数据。例如 Win32 SDK 中的 EnumWindows() 的列举。
*** 返回同时包括数据与行为的一个结构。例如 JavaScript 中的闭包。

通过“定义”,我们确定系统中的元素必然只存在数据、行为。这种定义通常是语法性质的,但最终总是可以表达为一个“名 / 值”映射——虽然这并非实现上的必需。需要留意的是,尽管表 6 中刻意从“数据”中把“行为”分离出来,并将后者进一步地分解为计算 () → 值这样两种,而事实上它们都可以视作数据,可以用相同的方法定义,并施以相同的行为

所以我常说,程序是“被定义出来”的。因而我们通过思维就可以完成全部程序,而它在执行过程中的排错、修正与优化等,是出于我们在工具使用上的、熟练度训练的必需,而非编程思维训练的必需。

必须在这里指出的是,无论我们的编程语言如何变化,上述都是语义完整性的需求,即最大可能的集合。当然,其前提在于我们对“定义”的假设,如果所定义的语法元素更多,那么这一组合的空间就会变得更大,在语言的语义表达上会趋于丰富,进而可能无法控制;如果所定义的语法元素变小,例如将数据与行为统一为数据,则语义表达上会更简洁,但也可能出现(用自然语言来理解时的)歧义7

7 也许有人会说“元素更少,则更易理解”,但并不全然如此。抽象概念过少的时候,我们的表达是倾向于重叠指代的,例如“船”,既是名词也作动词。在编程语言中,这通过shipship()来表达,便已经具备了两个符号(与其组合)——这使得我们在抽象概念上,至少已经分出了数据与行为。

最后,我们也可以推论出:既然“找到(逻辑与数据)”本质上也是一个行为——或称之为计算,那么它必然也满足表 6 中有关“计算和值”这两类行为的全部约束,亦即它可能实现的全部方法8

8 在《数据结构》中,这被称为“检索”,它与下一小节要讨论的“排序”是两个非常关键的“(计算)行为”。

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