程序员的语言“艳遇史”（七）——电台播音员scheme

第七个女孩  电台播音员scheme
（＊＊＊以下小说情节纯属虚构，供朋友们在紧张编程后轻松一下，如有雷同纯属巧合，切勿对号入座＊＊＊）
一、天籁之音
　　早班车上，每过一站，都是一阵汹涌的人流波动。我好不容易抢到一个座位，环顾四周，没什么老人孕妇，窃喜。最近一周倒霉，每次才占到空位，都迫于群众压力，当了雷锋，连假装看窗外都不成。我放心的坐下，随手抹了一把汗。其实我本可以坐11路车上班，路程还少两站，也没这么挤。可是那路车整天播新闻广播，主持人声音和破锣似的，哪能和音乐交通广播scheme姐姐的天籁之音比啊。
　　不错，7：30节目准点开始，车上伴听传来那个我熟悉的女声，“听友marry通过本节目给她的男朋友点歌一首，她在发来的短信里说，漫漫人生路，有你长相伴……要点歌的朋友可以发短信到……”。我急忙掏出手机发短信，不用主持人说，那个SP特服号我太熟了。为什么呢，本公司正是音乐交通广播唯一指定短信合作伙伴，节目流程还是我设计的。呵呵，就算当公司产品的义务测试员了。就是短信信息费太贵，靠，一条5元，跟抢劫没什么两样。改天找我们麦总报销。
 
二、 麦总是谁？
　　麦总就是我大学那个老同学麦东啊。我就是受到他的邀请，才到现在这家公司的。大学毕业时，麦东一点都不为工作着急。我当时还百思不得其解，现在我才明白，还找什么工作啊，人家是为社会创造就业机会的层次。麦东老爸是副市长，有这个政商背景在，还有什么搞不定的。
　　麦东毕业后，玩了几年，被他爸骂得够呛。于是就借钱搞了一个从事电信增值业务的公司。公司初创缺人，他就想到我这个大学“同居”多年的死党，叫我助他一臂之力。我正好做网络集成这个行业做累了，和领导关系也不好，想换换口味，就离家到了这个陌生的城市。
　　到公司一看，麦东这家伙，还和当年一样色。才聊几句，就和我对外面女秘书的身材进行一番研讨。终于谈到工作，他决定委以我公司技术总监一职，命我即刻上任。我开始还假意推辞，到技术部一看，就一个维护机器的小弟，一看名片，还是技术部副总。四周再逛了一下，公司就十来个人，称呼都是某总，连做卫生阿姨都是保洁部主管。我大怒，整一个皮包公司嘛，准备不干了。麦总急忙挽留，说就当到这里旅游，也得呆三个月，否则老同学情意就没了。
　　后来我才知道，对短信SP这个行业来说，技术不是主要因素，关键还是有没有信息源，和运营商关系铁不铁。我们麦总年轻有为，什么中高考查分、电台电视台节目互动，纷纷抢到手里。以前民国时候，形容军阀有一句话“大炮一响，黄金万两”，我们公司的炮弹就是短信群发。那时每上一个新节目，我最喜欢的事情就是趴在服务器终端前，边看用户短信流量边流口水。一条、二条……一万条，那就是钱啊。我和麦东经常取笑那些在.COM公司的兄弟，它们有盈利模式吗？看看我们，已经搞定。现在我再也不嫌人少了，麦总催了我几次，叫我搞搞招聘。我都给他顶回去，说忙得过来。招人，我傻呀，人少才好分钱啊。唉，当时真是小农意识浓郁。
 
三、和SICP的相遇
　　一天，我闲得无聊，就去逛新华书城。忽然耳边传来了那个熟悉的女声，“现在我为大家献歌一曲，高天上流云……”。这不是音乐交通广播的scheme吗，她怎么也来书城了。我和没头苍蝇一样，在书城里四处乱窜。后来才搞清楚情况，原来书城五楼正在搞音乐交通广播听友见面会。等我赶到，已经曲终人散。唉，错过了和scheme姐姐见面的机会。
　　我正郁闷着，随手抓起一本别人不要的丢在书架上的书。哈哈，没想到情场失意，淘书竟然淘出一个宝贝。那就是大名鼎鼎的SICP，北大裘宗燕老师的译本《计算机程序的构造和解释》。以前一直听说过Lisp这门古老的语言，可是总不得其门而入，今日终于得偿所愿。
　　该书使用的程序设计语言是上个世纪70年代诞生在MIT人工智能实验室的Lisp方言，名为Scheme。它的发明者是Guy L.Steele和他的老师Gerald Jay Sussman。Scheme语言秉承了Lisp传统，采取了基于表达式计值和函数施用的计算模型，而且无论程序还是数据都具有一致的S表达式语法。
　　虽然Lisp方言很多，但Scheme绝对是有特殊历史地位的一个。Scheme比其他早期lisp方言具有更坚实的理论基础，也可以说更“纯”，它的许多概念奠基于数学里的无类型Lambda演算。虽然Lisp也是来源于此，但它的许多方言并不严格遵循该理论。Scheme语言把词法作用域引入了Lisp家族，而其他的Lisp方言除了后来的Common Lisp外，大都采用动态作用域。Scheme语言还鼓励大家大胆的使用递归，而不用担心堆栈溢出，因为它把尾递归优化作为实现标准。
　　SICP这本书（Sussman还是作者之一），实际上就是他们Scheme语言设计和研究的一个缩影。书的难度确实不低，我当时了解到这竟然是MIT入门课程6.001的教材，简直震惊了。难道中美计算机科学教育的差距有这么大吗？后来我在“Joe on Software”里看到Joe对这本书及相关课程的说法：（译文摘自《More Joe on Software》中文版《软件随想录》中的“Java语言学校的危险性”）
 　　“我读的这门导论课，是宾夕法尼亚大学的CSE 121课程，真是读得苦不堪言。我注意到很多学生，也许是大部分的学生，都无法完成这门课。课程的内容实在太难了。我给教授写了一封长长的声泪俱下的Email，控诉这门课不是给人学的。宾夕法尼亚大学里一定有人听到了我的呼声（或者听到了其他抱怨者的呼声），因为如今这门课讲授的计算机语言是Java。”
　　看到这里，心里平衡了不少，因为我清楚的记得我在大学一二年级的水平。不过SICP这本书对Scheme语言的介绍只能算是中级，它的重点是编程思想和计算模型，而非语言本身。从语言角度讲，它至少忽略了两个重要主题：宏Macro和延续Continuation。从理论角度讲，它并没有多讲Lambda演算方面的内容。如果把这本书当做入口，再深度钻研下去，你就会发现一个更宏大的领域——函数程序设计FP。
 
四、仰望FP星空
　　函数程序设计作为一场运动，已经统治欧美程序设计语言理论界多年。如果把FP当做一个武林门派，那开山鼻祖就是逻辑学家Alonzo Church。他在1941年发明Lambda演算，这是一个研究可计算函数及函数施用的形式系统。上个世纪50年代，John McCarthy和他的小组发明了Lisp语言，把Lambda演算引入了计算机世界。到了70～80年代，FP终于成为显学。连命令式语言的老祖宗Fortran创始人JohnBackus都倒戈了，他在1977年发表了著名的图灵奖演讲“Can Programming Be Liberated From the von Neumann Style?”,大力鼓吹FP。FP分支众多，目前比较流行的程序设计语言有Lisp／Scheme、ML、Haskell、Erlang等。最近连微软这样一向保守的工业主流企业，也借鉴ML语言出了F＃这样的东西，这在以前想都不敢想。
　　那时我也是附庸风雅，根本不是学术界的一份子，竟然叛变革命，也开始看函数程序设计方面的文献。我下载了Steele和Sussman为Scheme语言发表的一系列论文，这些文章完整讨论了Scheme的语言设计、解释器实现、编译器实现，甚至一个Scheme硬件处理器的实现，堪称计算机科学技术的学术典范，名噪一时。每篇论文都以Lambda作为题目开头，比如“Lambda: The Ultimate Imperative”、“ Lambda: The Ultimate Declarative”等等。此风一起，后有好事者加以模仿，在写Scheme语言或其他函数语言编译技术有关的论文时，也常用Lambda开头。国外一个讨论程序设计语言的学术网站，起名叫Lambda the Ultimate，看来也是受此影响。
　　一个晚上，我读论文读累了，走到房间阳台透一透气。小区里的空气是闷热而污浊的，空调外机响着，楼下几个大排档人头耸动，吵得要死。我如同一个文艺青年，抬头仰望星空，回想函数程序设计60多年的历史，心潮澎湃，颇有众人皆醉唯我独醒之态。忽然接到麦东电话，叫我一起到某新开酒吧happy。这帮俗人！我坚决予以拒绝，决定今夜青灯古佛，陪论文度过。麦东使劲诱惑，“来吧，我还请了音乐交通广播的几个美女，嘿嘿！”。什么，音乐交通广播，美女！我脑中立刻想到了scheme姐姐，立马把论文丢在一边，直奔酒吧而去。到了才发现此美女非彼美女，是电台广告部的几个人，又被骗了！
 
五、何为情商
　　麦东这个人，学习一般，对学术问题更没什么兴趣。他学生时代就是我们班一活宝，专业追女，业余学习。毕业论文更是一塌糊涂，后来兄弟帮他捉刀一篇，几乎逐子逐句改过，才过了关。也许就是这份交情，他后来开公司才想到我。但是和他相处一段，我不能不佩服他的情商。所以人家是老板，我们是打工仔。
　　就拿和运营商公关一事讲吧。联通最近部门调整，新成立了增值业务部，我们去拜访对方新领导。车到联通大楼门口，麦东鬼鬼祟祟的换了一部手机，名片也换了一个版本。我极为不解，干嘛？麦东白了我一眼，说“你真木。到联通公司，你总不能拿着一部中国移动的手机吧。这让别人不爽。”。我们公司和三个主流运营商移动、联通、电信小灵通，都有SP接口。麦东给业务部同事和他自己准备了三套手机、三种名片，看人摆碗碟，真够绝的。
　　出去商务谈判，坐在麦东旁边，差点把我吓出心脏病。整一个卖拐的大忽悠，上到音信互动节目，下到网络布线工程，没有不能做的。我看要是对方讲开发航空母舰，估计他眉头都不眨，也能应承下来。有几次我在桌下，直踢他脚，他还滔滔不绝，口若悬河，弄得我狂汗。后来麦东和我讲，这就叫气势，商场中没这个自信，人家看不起的。我反问，要是公司没能力开发怎么办？麦东说转包啊，能拿到单子才是爷啊，后面做工程的和乞丐一样一大溜。我哑口无言。
　　每年315消费者权益日，我们都特紧张。就怕某个用户乱投诉，媒体来个曝光，公司就惨了。那时我们还是很守规范的，骗都是骗，但是用户订购的上行短信都还是有记录的。但是有的用户对资费和服务就是不认可，运营商分钱没问题，投诉全往我们头上推。我们技术部还认死理，和用户比对短信记录，差点没吵起来。麦东多次力挽狂澜，花钱消灾，把用户伺候得服服帖帖走人。这就是功夫啊。他还发动关系网，建立投诉预警系统，各大媒体、消协加工商局，四处打点，防范于未然。
　　有这样的老总在，下面工作好做多了，我这个技术总监也日渐轻松。SP短信技术系统还是比较简单的，我借鉴SICP书中介绍的解释器手法，偷空开发了一个简单的DSL，这些就可以不用C语言做流程了，以后上新节目让小弟编个DSL脚本就行了。温饱思淫逸，我有时上班空下来，不务正业，也研究研究Scheme语言。
 
六、从理论到机器的旅程
　　函数程序语言研究群体毕竟是计算机科学家，不是搞纯数学。您鼓吹了半天，总得有个在机器上可运行的东西出来吧。所以我们的理论家也不得不脏一下手，考虑一下编译问题。他们的套路和传统命令式语言的编译技术是极为不同的。很多函数语言编译器开发者经常分两个层次考虑问题：
　　1、如何把各种各样的语言构造，统一归结为函数计算模型，即转换为lambda演算形式；
　　2、如何把lambda演算形式及其归约操作，在主流von Neumann机器这个异构的设施上有效予以实现。
　　在这些问题上，无尽的努力已经耗去了，多少人白了少年头。下面我们看看，在经典的Scheme语言实现中，是如何处理这两个问题的。
　　Lisp传统中，由于数据和程序表示的一致性，程序的转换可以通过数据结构的操作来实现。由于可以用read原语像输入数据一样输入S表达式，不用再进行语法解析，在Lisp中编写解释器或编译器是一件很容易的事情。Lisp中经常用于程序转换的手段称之为特殊型。首先可以实现很小一个子集的特殊型，然后利用这个子集再去定义新的特殊型。在解释器或编译器的处理中，在此子集合外的特殊型被翻译成预先定义的特殊型，然后再对变换后的表达式进行操作。新定义的特殊型称之为宏，翻译过程称之为宏展开。
　　所以对于第一个问题，Scheme的回答就是把lambda演算形式作为核心子集，而其他的程序构造定义为语言的宏。
　　看两个简单的Scheme语言程序。
　　程序一：引入局部词法环境的let表达式
　　(let
 　　((a 1) (b 2))
　　(+ a b))
 　它被宏展开后，可以转换为类似这样的一种形式：
　　((lambda(a b) (+ a b))
 　　1 2)
　　可以看到，变成了一个lambda表达式对常数1和2的施用操作，结果是3。
　　程序二：引入副作用的begin表达式和set！表达式
　　(define a 0)
　　(define b 0)
　　(begin
   　　(set! a 1)
   　　(set! b 2)
   　　(+ a b))
 　　其中的begin表达式被宏展开后，可以转换为如下一种形式：
　　((lambda(x)
    　　((lambda (y)
       　　((lambda (z) z)
         　　(+ (getbox a) (getbox b))))
    　　(setbox! b 2)))
 　　(setbox! a 1))
　　变成了三个lambda表达式的连续的施用操作。可以看到x和y变量实际上是没用的，(setbox! a 1)和(setbox! b 2)两个表达式的返回值被抛弃了，只有最后一个(+ (getbox a) (getbox b))的值作为整个表达式的返回值。所以，如果begin表达式中的子表达式没有副作用，那对整个程序的计算是没有意义的。
  　　还要注意的是对set！赋值表达式的转换。如果不对set！表达式进行处理，变量值允许变化，就无法保持lambda演算理论的纯洁性，也无法对程序进行数学语义推理了。
　　这里变的戏法是为被赋值的变量引入一个间接层，把对变量的赋值和引用转换为对内存数据结构的读写原语getbox和setbox！。变量指向该内存数据结构，在程序运行时间内不再改变，这样在形式上就符合lambda演算中变量一经绑定不再改变的特性了。
　　同样，Scheme语言中其他特殊型比如什么let*、letrec、and、or、cond、case、do、define，它们可以被宏转换成quote，setbox!,getbox,if和lambda这些核心lambda演算的形式。
　　下面解决第二个问题，lambda演算这种可计算函数的模型如何能在状态转换的底层机器上跑起来。
　　现在忘掉计算机，回到初中时代，怎么算三角形面积？底＊高／2，表示成代数式：
　　a * b / 2
　　代入实际数值就可以计算了，有的人先算a*b，然后再除2；有的人先算b/2，然后再乘上a。都可以。如果让计算机这个电子傻瓜帮你算，用贴近机器的汇编语言，你就得明确计算顺序。我们用CPS（Continuation passing style)形式的Scheme代码来显式的表达计算顺序。
　　一种是( * a b (lambda (x) (/ x 2 (lambda (z) z))))。
　　另一种是( / b 2 (lambda (x) (* x a (lambda (z) z))))。
　　注意＊和／的操作类型不再是 number number -> number，而变成了number number continuation -> number 。多了一个continuation延续参数，＊和／的结果不是立即返回，而是作为参数传给continuation，使得计算继续持续下去。现在这个式子，不仅是一个和原来的代数式语义相同的代数式，而且可以被看成凸显控制流的中间代码。
　　我们就第二个式子继续变换：
　　j = (/ b 2 (g a))
　　g = (lambda (y) (lambda (x) (* x y f)))
　　f = (lambda (z) z)
　　这里生成了三个新表达式，注意原来的两个continuation不再是匿名函数了，而被提升到全局环境，分别用f和g引用。注意这里的函数g，它对应于原来的(lambda (x)(* x a (lambda (z) z)))，多了一个参数y，代替式子里的自由变量a。
　　假设有一个堆栈机作为目标机器，其中push是入栈指令，div和mul分别是除法和乘法指令，goto是跳转指令。我们就可以把上面的中间形式转换为汇编伪代码：
　　j:              ／／ 汇编语言标号
　　　　dd a …          ／／ 这里定义了两个变量
　　　　dd b …
　　　　push b
　　　　push 2
　　　　div
　　　　push a
　　　　goto g
　　g:
　　　　mul
　　　　goto f
　　f:
 　　注意这里所有对延续的函数调用都属于尾调用tail call，在编译处理上都不生成保存函数返回地址的代码，直接goto到一个标号地址即可。可以看到，代码还可以再简化，很多编译器生成的指令是不必要的。这就是两个不同计算模型转换的代价，我们这个例子太小，还不怎么能说明问题。
　　以上我们杀鸡用牛刀，展现了经典Scheme语言编译器如何把一个弱智的lambda表达式转换为机器代码的过程，演示了每步的程序形式。在其中的第一步和第二步分别使用CPS变换和Lambda Lift变换，最终生成了虚拟堆栈机的代码。这些程序变换是否语义上与原来一致呢，这是一个关于可信编译器的证明问题了，太麻烦了，还是留给那些计算机科学家吧。
 
七、离别的日子
　　真是世事无常，我们的好日子才几年，就结束了。麦东他爸因为房地产土地买卖的问题被双规了。在此打击下，麦东失魂落魄，也不怎么来公司了。业务虽然还正常运转，但已不比从前。中高考查分信源丢了，今年移动的SP新节目报批也迟迟没有下来。整个行业背景也在变化了，移动梦网的新政即将出台，将来的监管力度会更严。苦撑着没多久，麦东和我做了一次长谈，决定把公司卖了，出国算了。我当然支持他了，都是兄弟嘛。我决定渡过交接期后，也辞职回家。
　　在即将离开这个城市的时候，我有一桩未了的心愿。大家都猜到了，那就是无论如何要见scheme姐姐一面。三年了，天天在公车上听到她的声音，她就好比我身边的一个朋友。我决定不再错过，通过电台活动部的小张，我混进了广电大楼。
　　站在播音室门口，我坎坷不安，手汗都把日记本弄湿了。突然门开了，一个身材臃肿的中年妇女出现在我的面前，穿着一件普通的黑裙子，头上戴着我妈那个年代的发夹。
　　“你好，我是scheme。”
　　后面的几分钟我恍惚梦游，带着scheme签名的日记本，我走出了广电大楼。看见了满天星光，我不禁哑然失笑。从旁边的商铺里传来那熟悉的歌声：
　　“千万里，我追寻着你，
　　可是你却并不在意，
　　 ……”

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