实现 TeX 的算法：回首编程技术的过去三十年

Glenn Vanderburg 是 LivingSocial 的工程主管，在最近的 ClojureConj 会议上，对他使用 Clojure 实现 TeX 算法的工作做了很有趣的叙述。在那个过程中，他发现在过去三十年间，编程技术已经发生了非常大的变化。

TeX 简史

首先，一些历史可能有助于说明 TeX 的重要性。Donald Knuth 在 1982 年发布了 TeX 1.0，32 年后，它仍然代表了计算机排版的先进状态，Glenn 说。此外，TeX 一直是少数几个提供了源代码的大型项目，人们可以从中学习。

TeX 是一部鸿篇巨制：它运行快速、可移植、产出优秀的结果，并且在三十年后它还在广泛使用中，只发现了很少缺陷。

Glenn 特别提到，很有趣的是，当 Knuth 收到他的巨著《计算机编程艺术》的第一页样张，就决定开始编写TeX，因为他发现排版“丑陋得让人失望”。这样，Knuth 开始编写程序，使得他的书看起来自己能够接受。当TeX 可用之后，因为快速排序而为人所知的 Tony Hoare 建议 Knuth 发布源代码，那样从此可以为学生所用，那时是 1982 年，互联网还没有出现，也没有太多源代码示例。这个目标让 Knuth 开始有了文学编程（Literate Programming）的冲动，最终TeX 的源代码在1986 年公诸于众。直到Linux 内核出现之前，它一直是世界上被最广泛阅读的代码，Glenn 说。

TeX 内部

TeX 架构是一个处理文本的管道，它会把文本切分成多种类型的对象，如页、段落、行、词等等，最终生成一个 DVI 文件。从 TeX 出现到现在已经有超过三十年，回顾过去，我们会惊奇的发现它仍然是非常“早期”的东西，Glenn 说。

TeX 源代码中有很多现在并不被认为是好的编程风格的例子，像：

• 全局变量；
• 一个字母的变量；
• goto 语句；
• 数百行长的过程；
• 大量宏；
• 重复代码；
• 局部变量重用；
• 到处都是单线程假设；
• 可变性代码普遍存在

阅读这样的代码就像是在访问另一个时代 […] 在那本书出版的 1986 年，它代表了非常不错的编程方式，但很多方面现在已经过时了。

当时很多方式都是因为受到了当时可用硬件的限制，只有有限的计算能力和可用内存，据 Glenn 所说，Knuth 为了减少函数调用到最小程度做了非常大的努力，而那实在是太昂贵了。这使得 TeX 的代码库高度整合，从而“抽取出任何一个部分都无法独立使用”。

TeX 积极地使用技术来改善手动的操作，我们今天可能会真的看不起那些技术，但我们更应该仰视那些技术，因为要考虑到摩尔定律，不仅仅是那个定律，还有当时的语言实现技术。

使用 Clojure 重新实现 TeX：Cló

因此，Tex 可能并非是今天指导新手程序员的最佳示例，然而，Glenn 之所以要重新实现它，是因为它能够展示出编程技术已经发生了多大改变，并且能够提供真实的示例，说明从过程化转换到函数式语言的时候，算法会发生多大改变。

据 Glenn 所说，想要理解 TeX 代码的功能很困难，大多是因为它的简洁和极度优化，正如上面所概述的。最初，他试图让自己的设计尽可能和 TeX 保持一致。正如上面所说，Tex 严格地单线程执行，而在当今计算机领域，非常重要的一个目标就是利用已经可用的多核硬件。Clojure 非常有用的一种特性是，让他可以把 TeX 的基本管道实现为一系列函数，然后他可以替换线程宏，从而从串行执行模式转换到并行执行模式。“那让我开始做一些像比较两个苹果的工作。” Cló的实现当然要比 TeX 慢很多，但转换到并行执行带来了“巨大的收益”。

Glenn 发现另一个有趣的点是，他在某些时候不得不实现和 TeX 一样的优化。然而，不久他就意识到，那会让他无法使用在函数式语言中天然存在的非常好的抽象，从而让事情比应该的情况更加复杂。这也让他觉得不知道 TeX 的 API 受到了语言模式多么大的影响，特别是普遍的不可变性和单线程的假设。

对于 Glenn 最重要的反映来自于意识到编程技术有了多大的发展。如果我们回顾 1982 年的编程技术，就会看到：

• 计算机运行缓慢，内存非常小；
• 大多数程序员从未见过多核处理器，CPU 的字节和比特的大小都不一样；
• 对于浮点算法没有 IEEE 标准；
• 可移植性意味着要支持差不多 40 个不同的操作系统，每个都拥有不同的文件系统结构、不同的目录语法、不同的 I/O 和分配 API、字符集；
• 不可能动态载入代码；
• 优化编译器还是研究性项目；
• 没有开源和免费的软件，你需要从头开始实现不可想象的基本内容、常用数据结构和流程。
• 当版本控制可用的时候，功能还非常初级；
• 人们还从未听说过自动化测试；
• 今天的工具非常豪华，但也是多年来小步的改进逐渐得来的。

因此，对于我们还要继续改进编程技术的工作，Glenn 邀请大家首先享受已经存在的良好基础。

查看英文原文： Implementing TeX’s Algorithms: Looking Back at Thirty Years of Programming