Кодеры за работой. Размышления о ремесле программиста - Сейбел Питер

Скажу вот что: примерно раз в месяц у меня возникает чувство, что в работе с Fortress надо было бы идти со стороны Haskell к Фортрану и Java, а не брать Фортран и Java и двигаться в сторону Haskell. Проектируя библиотеки для Fortress, мы все больше применяем функциональный подход — и все чаще встречаем трудности в создании эффективных параллельных структур данных.

Сейбел: Вы пишете много прозы, этот род деятельности вам также интересен. Как по-вашему, писать прозу и код — занятия одного порядка или нет?

Стил: Скорее разного: я четко сознаю, что у читателя прозы иная система обработки данных, чем у компьютера. И я не могу, скажем, в той же мере использовать рекурсию. Правда, для утонченных читателей я порой прибегаю к этому приему. Но всегда ясно сознаю, как читатель будет обрабатывать текст в уме и понимать его.

Иногда я очень беспокоюсь, когда пишу прозу, — с кодом я волнуюсь куда меньше. Это из-за неоднозначности слов. Мне все время кажется, будто меня поймут не так. И я провожу много времени, пытаясь отточить стиль моей прозы, употребляю конструкции, которые сложно понять двояко.

У меня есть любимый скетч из передачи «Saturday Night Live» — тот, где Эд Эснер изображает сотрудника АЭС, который уезжает в отпуск на две недели. Перед уходом он говорит: «Всем пока! Помните, в ядерном реакторе не может быть слишком много теплоносителя». И дальше минуты три все обсуждают, что же он хотел сказать.

Сейбел: Итак, вы видите очевидный контраст между текстами для человека и текстами для компьютера. Но ведь многие, как Кнут, указывают, что написанный вами код обращен и к человеку — не меньше, чем к компьютеру.

Стил: О, это так.

Сейбел: Значит, в этом плане программисту полезно писать прозу?

Стил: Конечно. Работая над кодом, я все время думаю: поймет ли компьютер, чего я от него хочу? Скорее даже так: поймет ли он меня однозначно? А не в смысле, что совсем не поймет. Часто сказать что-то правильно можно разными способами. И тут я начинаю переживать за человека, читающего код. И одновременно за эффективность кода.

Это опять же компромисс: если важна эффективность, мы прибегаем к разным уловкам. Но тогда оказывается сбитым с толку человек. И надо добавлять комментарии или как-то еще делать код читаемым. Обычно выбор имен переменных и организация кода — забота скорее о читателе, о форматировании, которое безразлично компьютеру, но облегчает чтение человеку.

Сейбел: По мере того как языки улучшаются или хотя бы становятся дружественными к программисту — в сравнении с временами ассемблера и перфокарт, — избегать ошибок в программах вроде бы становится легче. Есть компиляторы, сигнализирующие об ошибках, и так далее. Так можно ли отдать предпочтение — пусть небольшое — читаемости кода перед правильностью? Как говорят разработчики на Haskell: «Если ваша программа на Haskell выполняет проверку типов, можно спать спокойно».

Стил: Думаю, это страшное заблуждение. В пропущенных через компилятор программах всегда слишком много ошибок, чтобы спать спокойно. А если есть ошибки, они собьют с толку не только компьютер, но и человека, читающего код.

Программирование — глубоко неестественный вид деятельности, и ему надо как следует учиться. Люди привыкли, что их слушатели сами восстанавливают лакуны в речи. И с компиляторами мы обращаемся в какой-то мере так же. Говоря: «Мне нужна переменная с именем foo», — вы не заботитесь о регистре имени. Люди неточны, часто неряшливы в своей речи. Но когда мы даем команды машине, детали важны, потому что мелкая погрешность может изменить ход всего процесса.

Мне кажется, люди привыкли к использованию рекурсии в ограниченном виде — кажется, это показал Ноам Хомский. Но на деле люди редко углубляются больше чем на три уровня, а если и углубляются, то обычно в стиле хвостовой рекурсии. Понимание рекурсии есть сложнейшее искусство. А ведь рекурсия — один из самых мощных инструментов программиста, если его как следует освоить. И поэтому заботиться о корректности надо всегда.

Сейбел: Тем не менее многие пытались разработать языки или системы, дающие возможность написать программу непрограммисту. Считаете ли вы эти попытки обреченными на неудачу — ведь дело не в правильности синтаксиса, а в том, что программирование неестественно по природе.

Стил: Да. И, кроме того, люди сосредоточены на главном, они не думают о пограничных случаях, о сложных случаях, о маловероятных случаях. А именно в таких случаях начинаются разногласия — как сделать правильно.

Иногда я спрашиваю студента: «Что будет в таком-то случае?» — «То-то и то-то». И тут же кто-нибудь вскакивает: «Нет, должно быть вот так!» Вот такие вещи и надо отражать в программной спецификации.

Неслучайно для описания процесса программирования мы пользуемся терминами из арсенала магии. Мы говорим: что-то произошло как по волшебству или автоматически. Думаю, это оттого, что заставить машину сделать нужную тебе вещь — почти то же самое, что добиться исполнения желания.

Посмотрите: героям волшебных сказок достаточно придумать желание, махнуть рукой — и вот оно выполнено. И, конечно, сказки полны поучительных ситуаций: герой забыл учесть пограничный случай — и из-за этого случилось что-то нехорошее.

Сейбел: Возьмем «Fantasia» — она в том числе об опасности рекурсии.

Стил: «Fantasia» и рекурсия, да. Или «Я хочу быть самым богатым человеком в стране», — в итоге все становятся бедняками, а он остается при своем. Такое в волшебных сказках случается, потому что люди забывают о разных путях, ведущих к цели. Если думать только о главном желании, пренебрегая деталями, много чего не стыкуется.

Сейбел: Каков же урок волшебных сказок? Гэндальфы становятся великими магами путем тяжких трудов и зубрежки заклинаний, а легкого пути нет?

Стил: Да. Другой пример. Допустим, я говорю своему умному компьютеру: «Хочу, чтобы имена в моей телефонной книге шли по алфавиту», — и он выбрасывает все имена, кроме первого. Алфавитный порядок не нарушен, но это не то, чего мне хотелось. И оказывается, что спецификацию вида «хочу упорядочить имена по алфавиту, без потери данных, без дублирования» чертовски трудно написать.

Сейбел: Получается, есть свойства языков, которые делают труд программистов, освоивших эту неестественную работу, более продуктивным? Вы сейчас проектируете язык, у вас должно быть мнение на этот счет.

Стил: Я уже говорил: нельзя пренебрегать точностью. В то же время мы можем создавать инструменты для повышения точности. Мы не можем сделать эту процедуру тривиальной, но можем помочь избежать некоторых ошибок. Вместо того чтобы допускать циклическое переполнение 32-битных целых, можно сделать обнаружение арифметического переполнения или предоставить возможность работы с большими числами. Сейчас реализация всего этого обходится дороже, но я считаю, что работа с настоящими большими числами дает немного меньше ошибок для некоторых видов программирования. Программисты и создатели алгоритмов для операционных систем все время попадают в одну и ту же ловушку. Они говорят: «Нам нужно синхронизировать фазы, так что будем брать по одному числу. При начале новой фазы вычисления будем увеличивать на единицу какую-нибудь переменную, получать новое число — и тогда все участники будут уверены, что работают в одной и той же фазе, пока не начнется какая-нибудь операция». Это работает на практике, но с 32-битными числами вы досчитаете до 4 миллиардов довольно быстро. Что будет в случае циклического переполнения? Все будет в порядке? Или нет? Многие подобные алгоритмы в компьютерной литературе содержат эту небольшую ошибку. Что если какой-нибудь поток застопорится со 2-й по 32-ю итерацию? Маловероятно, но все-таки возможно. Надо или как-то смягчить эту проблему в смысле корректности, или все просчитать и показать, что такой вариант настолько маловероятен, что беспокоиться не о чем. Или, возможно, для вас приемлем один компьютерный сбой в день. Суть в том, что надо проанализировать проблему, а не игнорировать ее. Тот факт, что счетчик может переполниться, — проблема еле заметная, большинство программистов она не затронет. Но для остальных это ловушка в их алгоритмах.