软件的功能越来越多，代码越来越多，如何才能不堆积，甚至减少软件的体积？作者提出一种可能：“小语种”。链接：https://chreke.com/little-languages.html声明：本文由CSDN翻译，未经允许禁止转载。

作者|克里斯托弗埃克罗斯

译者|新月编辑|郑丽媛

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我认为旨在解决非常具体问题的“小语种”3354小语种3354是编程的未来，尤其是看了Gabriella Gonzalez的文章《编程历史的终结》(编程的历史终结)和看了Alan Kay的演讲《编程与扩展》，我更加肯定了这个观点。

什么是「小语种」？

“小语种”一词源于乔恩本特利的一篇文章《Little Languages》(小语种)，他给出了如下定义：

.小语种是指专门针对某个特定问题领域，不包含传统语言很多功能的编程语言。

比如SQL是描述数据库操作的小语言，正则表达式是文本匹配的小语言，Dhall是配置管理的小语言等等。

这些语言有其他的名称，比如特定领域语言(DSL)、面向问题的语言等等。不过，我最喜欢“小语种”这个词，部分原因是“DSL”这个词包含了太多的含义，从有流接口的库到成熟的查询语言(比如SQL)。另外，“小语种”这个词也强调了这类语言的本质：小。

为什么我们需要小语种？

从工程发展的历史来看，今天的软件也属于某种工程，但是从事这种工程的人不知道什么是“拱”。现在，大多数软件都非常类似于埃及金字塔，由数百万块砖块相互堆叠而成。没有结构上的完整性，只是靠蛮力和成千上万的奴隶建成的。

艾伦凯3354号，电话《与艾伦凯的对话》

软件工程社区遇到的真正问题是，随着应用程序复杂性的增加，其源代码的大小也会增加。然而，我们知道大型代码库的功能在很大程度上仍然是固定的。根据Sourcegraph在2020年发起的调查“大代码的出现”,大多数人表示他们的代码库存在以下一个或多个问题：

很难增加新员工；

对依赖关系缺乏了解导致代码问题；

管理代码变更变得越来越困难。

更糟糕的是，应用程序正以惊人的速度增长。根据Sourcegraph的调查，大多数人认为他们的代码库在过去十年中增长了100 ~ 500倍。举个具体的例子，1992年Linux内核刚出来的时候，大概只有1万行代码，而20年后的今天，已经达到了3000万行。

这段代码从何而来？我认为“更多的特性”不足以解释这些代码量的增加。相反，我认为这与我们构建软件的方式有关。向程序中添加新函数的一种常见方式是在现有函数的顶部堆栈3354。金字塔不就是这样建造的吗？不同的是每一层都需要越来越多的砖。

逆势而行

问题是，我们真的需要数百万行代码来构建一个现代操作系统吗？2006年，艾伦凯和STEPS项目的合作者开始挑战这一假设：

科学的进步需要将实证研究与理论模型相结合，所以作为科学家，我们的第一个问题是，如果我们建立一个基于个人计算现象的模型，我们能否将其提炼为某种极其简化的东西，比如适用于所有电磁频谱的麦克斯韦方程，或者可以浓缩到衬衫口袋大小的美国宪法？还是这种模式非常混乱(或者极其复杂)，像美国的法律体系(或者现在的软件实务)，有高达“3立方英里堆砌”的判例法？答案几乎是肯定的：介于两者之间。如果是这样的话，证明这个模型更接近于简化而不是极端复杂将会非常有趣。

所以，我们的问题是：个人计算体验(包括操作系统、应用程序和其他支持软件的体验)本质上是指多少行代码？20亿行，2亿行，2000万行，200万行，20万行，2万行还是2000行？

3354 《STEPS 2007 年进度报告》，第4-5页

这里凯提到的麦克斯韦方程组是一组描述电磁学、光学和电路基础的方程组。这些方程被广泛使用，但方程本身非常简洁，甚至可以印在t恤上：

这些方程如此简洁的原因之一是用Del符号()来描述向量微积分运算。需要注意的是，Del并不是一个真正的算符，它更像是一种速记形式，可以方便我们使用向量微积分中的一些方程。

那么，我们能在编程界创造Del符号吗？就像Del可以让向量微积分更容易管理一样，我们是否可以找到某种符号来帮助我们以同样的方式理解程序？这个问题是STEPS项目背后的核心思想之一：

此外，我们认为创建面向问题的语言可以降低解题难度，使解更容易理解、更小，也符合我们“主动数学”方法的精神。这些“面向问题的语言”将被创建并用于大大小小的问题，以及不同层次的抽象和细节。

3354 《STEPS 2007 年进度报告》，第6页

这里的基本思想是，当在应用程序中寻找模式时，您可以用一种小型语言对它们进行编码，这种语言将允许您以比其他抽象方法更紧凑的方式来表达这些模式。这不仅可以扭转应用程序不断增长的趋势，还可以让代码库在开发过程中不断萎缩！

我发现Nile(https://github.com/damelang/nile)是STEPS项目的一大成果，STEPS是一种用来描述图形渲染和构图的小语种。目标是使用Nile实现与Cairo相同级别的功能。Cairo是各种自由软件项目使用的开源渲染器，总代码量约为44000行和——行，而Nile只有300行左右。

为什么不是高级语言？

然而，事实证明，Ada并不是杀死软件生产率怪兽的灵丹妙药。毕竟只是高级语言，这种语言带来的最大好处来自于第一次转化，从机器事故的复杂到更抽象的分步解决方案。消灭了这些事故，剩下的事故就少了，消灭了的奖励自然也就减少了。

佛瑞德P布鲁克斯——号，《No Silver Bullet》

说到这里，你可能想问“为什么我们不能发明一种更高级的通用语言呢？”在我看来，共同语言的表现力带来的好处一直在下降。那么，更高级的语言会是什么样子呢？以Python为例。这种语言如此先进，看起来已经像伪代码了。

通用语言的问题是，你还是要把问题变成算法，然后用语言表达算法。现在的高级语言非常擅长描述算法，但是除非你的目标是实现算法，否则会出奇的复杂。

在写这篇文章时，我想起了一个关于Donald Knuth的故事：有人要求Knuth在Jon Bentley的编程珍珠专栏中展示他的编程风格，道格麦克洛伊被邀请对Knuth的程序进行评论。

Knuth的任务是计算某一段文本中的词频，它的解是用WEB语言精心编写的，WEB语言是Pascal的变种，也是他自己写的。Knuth添加了一个专门用于跟踪字数的数据结构。所有代码都少于10页。尽管麦克洛伊很快称赞了Knuth的解决方案，但他对程序本身并不十分满意。作为评论的一部分，他用shell脚本、Unix命令和小型语言编写了自己的解决方案：

tr-cs A-Za-Z ' \ n ' | tr A-Z A-Z | sort | uniq-c | sort-rn | sed $ { 1 } q

对于不熟悉Unix的人来说，这段代码不容易理解。——McIlroy自己也承认了这一点，他甚至还加了注释版。但显然，这段代码比十页的程序更容易理解。

Unix命令是为处理文本而设计的，这就是为什么麦克洛伊能写出如此紧凑的字数统计程序。或许，我们可以把shell脚本想象成文本操作的“Del符号”？

少即是多。

上面的Unix命令示例说明了小型语言的另一个特点：语言本身并不是特别强大，但在运行时却非常强大。Gonzalez在文章《编程历史的终结》中提到了以下趋势：

在研究上述趋势时，我们发现了一个共同的规律：把一个用户关心的问题变成一个运行时问题，可以……让程序更像一个纯粹的数学表达式，而且……运行时复杂度明显增加。

正则表达式和SQL只能用来表示文本搜索和数据库操作。相反，C没有运行时语言，你可以表达任何可能出现在冯诺依曼架构上的东西。而Python、Haskell等高级语言则介于两者之间：不需要关心内存管理，但仍然可以使用图灵完整语言的所有功能，也就是说可以表达任何计算。

小语种和C语言是两个极端。对于小语种来说，不仅计算机的架构被抽象了，一些语言所能表达的程序类型也是有限的。——他们在设计上还不完善。虽然这些语言听起来非常有限，但它们实际上为优化和静态分析开辟了新的可能性。而且，就像抽象内存管理可以消除一大类错误一样，尽可能抽象算法也可以帮助消除更多的错误。

静态分析

不是很强大的语言更容易推理，它们可以提供比普通语言更强的保障。例如，Dhall是一种用于生成配置文件的全功能编程语言。如果您不想冒使部署脚本崩溃或陷入无限循环的风险，您可以考虑Dhall，因为它可以保证：

1.不崩溃；

2.限时结束时间。

第一点是通过不抛出异常实现的。任何可能失败的操作(比如获取空列表中的第一个元素)都将返回一个可选结果，该结果可能包含也可能不包含值。第二，为了保证结尾，Dhall不允许程序使用递归定义。在其他函数式编程语言中，递归是表达循环的主要方式，但在Dhall中，你必须依赖内置的fold函数。缺少通用循环结构意味着Dhall不是图灵的完整语言，但也没有必要，因为它不是通用编程语言。

语言小的话会更容易理解。比如你很难确认Python程序是否有副作用，但对于SQL来说很简单。你只需要检查查询是否以SELECT开头。

对于Nile，STEPS团队看到了对图形化调试器的需求。Brevictor想出了一个工具，它可以告诉你在屏幕上绘制特定像素的代码。可以通过YouTube观看艾伦凯的演示，也可以自己尝试。这样的工具是完全可行的，因为Nile是一种很容易推理的小语种。想象一下，如果同样的工具是用C写的会是什么样子？

速度的要求

功能强大的编程语言不仅会增加出现bug的可能性，还会对性能产生不利影响。比如程序不是用算法表达的，运行时可以自由选择；我们可以用更快的表达式代替它们，前提是我们能证明它们能产生同样的结果。

例如，SQL查询没有指定应该如何执行查询。数据库引擎可以自由地使用它认为最合适的任何计划，例如它应该使用一个索引、多个索引的组合还是直接扫描整个数据库表。现代数据库引擎还收集关于列的值分布的统计信息，以便他们可以立即选择最佳方案。如果查询用算法描述，那是不可能的。

Nile语言如此紧凑的“秘密武器”之一是Jitblt，它是一个图形渲染的即时编译器。从STEPS和Cairo团队的讨论中可以明显看出，Cairo的很多代码都是手动优化的像素构图操作，理论上可以交给编译器。所以Cairo团队的Dan Amelang实现了这样一个编译器，就是Jitblt。这意味着图形管道的优化可以脱离渲染内容的纯数学描述，这也是Nile运行速度和Cairo一样快的原因，Cairo已经进行了手动优化。

小语种，潜力大

那么，STEPS项目怎么样了？他们最终得到了“3立方英里的判例法”，还是设法创造了一个“可以印在t恤上的操作系统”？他们最终的成果是KSWorld，这是一个完整的操作系统，包括文档编辑器和电子表格编辑器，大约有17000行代码。虽然不能印在t恤上，但我还是觉得这个项目是成功的。

KSWorld的创立说明小语种潜力巨大。然而，我们仍然有许多未解决的问题，例如这些小语种应该如何相互交流？它们应该被编译成一个通用的中间表示吗？还是使用不同的运行时，然后通过通用协议(比如UNIX管道或者TCP/IP)相互通信？或者，也许每种语言都足够小，可以在各种不同的宿主语言中重新实现(比如正则表达式)？或者可以把这些方法结合起来？

无论如何，我认为我们需要一种不同的方式来构建软件。小语种能不能成为这条发展道路的一部分，可能没有答案，但重要的是，我们必须停止砌砖，想一个更好的办法。

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