Кодеры за работой. Размышления о ремесле программиста - Сейбел Питер

Сейбел: Как изменились ваши взгляды на программирование с того времени, когда вы только начинали им заниматься?

Кнут: Мы уже обсудили с вами литературное программирование; это само по себе коренное изменение в понимании своей функции: не просто расстановка в нужном порядке инструкций, а объяснение того, что происходит. Дейкстра прошел ту же эволюцию. В конце концов, его программы были даже более литературными, чем мои, — в том смысле, что они даже не добрались до компьютера. Они были просто литературными.

Он был также одним из главных вдохновителей структурного программирования, где мы работали с шаблонами, которые можно было использовать для масштабирования наших программ, так чтобы мы могли создавать более крупные программы и тем не менее держать все под контролем. Вы пишете в десять раз более крупную программу, но вам не нужно из-за нее спать в десять раз меньше обычного, поскольку у вас есть инструменты, позволяющие надежно соединять элементы в более крупную систему. Это было очень непривычно.

Это очень важный момент — необходимость осознания абстрактных понятий, позволяющих нам работать с крупными системами, не теряя уверенности в том, что у нас все под контролем, что мы знаем, что делаем, несмотря на то, что эти понятия чертовски сложны.

Есть множество других вещей, которые могут считаться важными изменениями, но мне не кажется, что они что-либо значительным образом изменили. Это лишь оболочка, еще одна разновидность синтаксического сахара, различные диалекты уже существующих языков. У всех разные вкусы. Кто-то, например, обладает более логическим мышлением, чем я. Они используют в изобилии вводные слова, любят, чтобы все всему соответствовало, и всегда говорят: «Сейчас я начинаю делать вот это», — а в конце: «А сейчас я заканчиваю делать вот это». Мне это не очень-то по душе. Это не похоже на мой образ мышления. Но это образ мышления других людей, а какого-то одного — самого лучшего — образа мышления не существует.

Для меня одной из самых главных революций в языках программирования стало использование указателей в языке Си. Если у вас есть необычные структуры данных, то нередко появляется необходимость в том, чтобы одна часть структуры указывала на другую часть, и люди пробовали по-разному реализовать эту функцию в языках более высокого уровня. Например, Тони Хоар разработал ясную четкую систему, но язык Си привнес следующее (что сначала показалось мне большой ошибкой, но в конце концов я это полюбил): если х — это указатель, и вы пишете х+1, это означает не следующий байт после х, а следующий узел после х в зависимости от того, на что указывает х: если он указывает на большой узел, то х+1 пройдет большой путь; если х указывает на что-то маленькое, то и х+1 продвинется немного. Для меня это одно из самых потрясающих усовершенствований нотации.

Сейбел: По сравнению с тем, что было прежде, безусловно, это шаг вперед. Но за время, прошедшее с появления указателей, многие пришли к мнению, что указатели в чистом виде весьма опасны и что лучше бы иметь ссылки, которые ведут себя как указатели, но при этом более безопасны.

Кнут: Указатели уже настолько вышли из моды, что мне приходится вступать по этому поводу в споры. Если говорить о моем 64-разрядном компьютере, то, если действительно заботиться о производительности моего компьютера, мне приходится признать, что лучше отказаться от использования указателей, поскольку на моей машине 64-битные регистры, но всего 2 гигабайта оперативной памяти. Поэтому у указателя никогда не бывает больше 32 значащих битов. Но каждый раз, когда я использую указатель, это стоит мне 64 бита, и это удваивает размер моей структуры данных. Более того, это еще идет и в кэш-память, и половины кэш-памяти как не бывало, а за это приходится платить — кэшпамять дорогая.

Поэтому я на самом деле пытаюсь сейчас пробовать новые варианты, то есть мне приходится вместо указателей использовать массивы. Я создаю сложные макросы, то есть создаю видимость использования указателей, хотя на самом деле их не использую. Можно сказать, что это незначительное явление, и оно выходит из моды. Но для меня это было важным новшеством в нотации на низком уровне. Когда я пишу код, занимаюсь отладкой или еще чем-то в этом духе, то всегда испытываю огромную благодарность Томпсону и Ричи. Не знаю, кто именно первым это придумал.

Сейбел: Есть ли в вашем программистском арсенале другие важные инструменты?

Кнут: Файлы изменений — их я придумал после того, как уже стал использовать методы литературного программирования, и я не знаю их аналогов в инструментариях других программистов, поэтому позвольте объяснить их вам.

Когда я написал ТеХ и METAFONT, люди стали просить их у меня. У всех этих людей было 200-300 различных комбинаций языков программирования, операционных систем и компьютеров, поэтому я хотел сделать так, чтобы мой код с легкостью можно было адаптировать к любой системе. И мы разработали такое решение: я пишу главную программу, которая работает в Стэнфордском университете, после чего создается дополнение — файл изменений (change file), который может адаптировать эту главную программу для работы на чьем угодно компьютере.

Файл изменений очень прост. Он состоит из ряда небольших фрагментов изменений. Каждое изменение начинается с нескольких строк кода. Вы сравниваете до тех пор, пока не находите первую строку файла главной программы, которая совпадает с первой строкой вашего изменения. Когда вы добираетесь до конца той части изменения, которую нужно было соотнести с главным файлом, появляется часть, в которой написано: «Замените это вот этими строками».

Может быть, изменение будет состоять в следующем: «Замените эти шесть строк вот этими двенадцатью строками. Или ничем не заменяйте. Как только найдете совпадение, вставляйте те двенадцать строк, что вы изменили. Затем переходите к следующей части». Вам необходимо написать изменения по порядку — никаких интеллектуальных процессов, связанных со сравнением, нет; просто программа говорит: «Сравнивайте до тех пор, пока не найдете первую строку следующего изменения, которая должна совпасть с какой-либо строкой из главного файла».

Эту систему можно написать за час, и она достаточно хорошо справляется со своей задачей. После чего все инструменты, которые есть в нашем распоряжении для литературного программирования — программы «сплетания» и «спутывания», — будут работать с главным файлом и файлом изменений.

Поэтому мне время от времени приходится выпускать новую главную программу. У сотен людей по всему миру есть свои файлы изменений — возможно, их шесть строк, которые должны совпасть с моими, уже не совпадают, поэтому им нужно внести ряд изменений. Но им не приходится делать слишком много. Каждый раз, когда я исправляю ошибку, программа практически сразу заработает — исправление ошибки также отражается и на работе их программ. То есть проблема была решена очень просто, и все сработало. Любой может это понять и сделать.

Примером крайности в этой области может служить случай, имевший место, когда ТеХ адаптировался для работы с Unicode. У них был файл изменений раз в десять больше главной программы. Другими словами, из 8-битной программы они сделали 16-битную, но вместо того чтобы пройтись и переделать мою главную программу, они были настолько увлечены файлами изменений, что просто написали свои файлы изменений и назвали это Omega, — миллион строк файлов изменений для 20 000 строк кода ТеХ. Это крайность.

Но сейчас я постоянно использую файлы изменений, потому что пишу для себя программы, которые использую в своей книге, — есть множество задач, в которых я бы хотел разобраться, и мне бы хотелось поэкспериментировать с различными версиями. Например, вчера я захотел выяснить, насколько большой является булева схема для перемножения n-битных чисел. То есть у меня есть программа, которая берет любую булевскую функцию и вычисляет ее BDD.

В моей исходной программе нужно ввести таблицу истинности функции в процессе работы; она говорит: «Введите таблицу истинности», — и я ввожу шестнадцатеричное число, потому что у меня есть множество небольших функций, которые я использую в качестве примеров. Но это работает только для небольших функций, которые я хочу ввести в таблицу истинности.