王垠：程序设计里的“小聪明”

很早就想写这样一篇博文了，可是一直没来得及动笔。在学校的时候，时间似乎总是不够用，因为一旦有点时间，你就想是不是该用来多看点论文。所以我很高兴，工作的生活给了我真正自由的时间，让我可以多分享一些自己的经验。

我今天想开始写这系列文章的原因是，很多程序员的头脑中都有一些通过“非理性”方式得到的错误观点。这些观点如此之深，以至于你没法跟他们讲清楚。即使讲清楚了，一般来说也很难改变他们的习惯。

程序员的世界，是一个“以傲服人”的世界，而不是一个理性的，“以德服人”的世界。很多人喜欢在程序里耍一些“小聪明”，以显示自己的与众不同。由于这些人的名气和威望，人们对这些小聪明往往不加思索的吸收，以至于不知不觉学会了很多表面上聪明，其实导致不必要麻烦的思想，根深蒂固，难以去除。接着，他们又通过自己的“傲气”，把这些错误的思想传播给下一代的程序员，从而导致恶性循环。人们总是说“聪明反被聪明误”，程序员的世界里，为这样的“小聪明”所栽的根头，可真是数不胜数。以至于直到今天，我们仍然在疲于弥补前人所犯下的错误。

所以从今天开始，我打算陆续把自己对这些“小聪明”的看法记录在这里，希望看了的人能够发现自己头脑里潜移默化的错误，真正提高代码的“境界”。可能一下子难以记录所有这类误区，不过就这样先开个头吧。

小聪明1：片面追求“短小”

我经常以自己写“非常短小”的代码为豪。有一些人听了之后很赞赏，然后说他也很喜欢写短小的代码，接着就开始说 C 语言其实有很多巧妙的设计，可以让代码变得非常短小。然后我才发现，这些人所谓的“短小”跟我所说的“短小”，完全不是一回事。

我的程序的“短小”，是建立在语义明确，概念清晰的基础上的。在此基础上，我力求去掉冗余的，绕弯子的，混淆的代码，让程序更加直接，更加高效的表达我心中设想的“模型”。这是一种在概念级别的优化，它其实只是间接的导致了程序的短小精悍。这种短小，往往是在“语义” (semantics) 层面的，而不只是在“语法”层面死抠几行代码。我绝不会为了程序“显得短小”而让它变得难以理解，或者容易出错。

相反，很多其它人所追求的“短小”，却是盲目的，没有原则的小伎俩。在很多时候，这些小伎俩都只是在“语法” (syntax) 层面，比如，想办法把两行代码写成一行。可以说，这种“片面追求短小”的错误倾向，造就了一批语言设计上的错误，以及一批“擅长于”使用这些错误的程序员。

举一个简单的例子，就是很多语言里都有的 i++ 和 ++i 这两个“自增”操作。很多人喜欢在代码里使用这两个东西，是因为这样可以“节省一行代码”。殊不知，节省掉的那区区几行代码，比起由于使用自增操作带来的混淆和错误，其实是九牛之一毛。

从理论上讲，i++ 和 ++i 本身就是错误的设计。因为它们把对变量的“读”和“写”两种根本不同的操作，毫无原则的合并在一起。这种对读写操作的混淆不清，带来了非常难以发现的错误，甚至在某些时候带来效率的低下。

相反，等价的一种“笨”一点的写法，i = i + 1，不但更易理解，而且更符合程序内在的一种精妙的“哲学”原理。这个原理，其实来自一句古老的谚语：你不能踏进同一条河流两次。也就是说，当你第二次踏进“这条河”的时候，它已经不再是之前的那条河！这听起来有点玄，但是我希望能够用一段话解释清楚它跟 i = i + 1 的关系：

现在来想象一下，你就是超人卡卡西，你拥有明察秋毫的“写轮眼”，你能看到处理器的每一步微小的操作，每一个电子的流动。现在对你来说，i = i + 1 的含义是，让 i 和 1 进入“加法器”。i 和 1 所含有的信息，以 bit 为大小，被加法器的线路分解，组合。经过这样一番复杂的转换之后，在加法器的“输出端”，出现了一个“新”的整数，它的值比 i 要大 1。接着，这个新的整数通过电子线路，被放进“另一个”变量，这个变量的名字，“碰巧”也叫做 i。特别注意我加了引号的词，你是否能用头脑想象出电子线路里面信息的流动？

我是在告诉你，i = i + 1 里面的第一个 i 跟第二个 i，其实是两个完全不同的变量——它们只不过名字相同而已！如果你把它们换个名字，就可以写成 i2 = i1 + 1。当然，你需要把这条语句之后的所有的 i 全都换成 i2（直到 i 再次被“赋值”）。这样变换之后，程序的语义不会发生改变。

我是在说废话吗？这样把名字换来换去有什么意义呢？如果你了解编译器的设计，就会发现，其实我刚刚告诉你的哲学思想，足以让你“重新发明”出一种先进的编译器技术，叫做 SSA（single static assignment）。我只是通过这个简单的例子让你意识到，i++ 和 ++i 不但带来了程序的混淆，而且延缓甚至阻碍了人们发明像 SSA 这样的技术。如果人们早一点从本质上意识到 i = i + 1 的含义（其实里面的两个 i 是完全不同的变量），那么 SSA 很可能会提前很多年被发明出来。

（好了，到这里我承认，想用一段话讲清楚这个问题的企图，失败了。）

所以，有些人很在乎 i++ 与 ++i 的区别，去追究 (i++) + (++i) 这类表达式的含义，其实是徒劳的。“精通”这些细微的问题，并不能让你成为一个好的程序员。真正正确的做法其实是：完全不使用 i++ 或者 ++i。当然由于人们约定俗成的习惯，在某种非常固定，非常简单的，众人皆知“模式”下，你还是可以使用 i++ 和 ++i。比如： for (int i=0; i < n; i++)。但是除此之外，最好不要在任何其它地方使用。

如果你把它们放在表达式中间，或者函数的参数位置，比如 a[i++], f (++i) 等等，那么程序就会变得难以理解。而如果你把两个以上的 i++ 放在同一个表达式里，就会造成“非确定性”的错误。这种错误会造成程序在不同的编译器下出现不同的结果。

虽然我对这些都了解的非常清楚，但我不想继续探讨这些问题。因为与其记住这些，不如完全忘记 i++ 和 ++i 的存在。

好了，一个小小的例子，也许已经让你意识到了片面追求短小程序所带来的巨大代价。很可惜的是，程序语言的设计者们仍然在继续为此犯下类似的错误。一些“新”的语言，设计了很多类似的，旨在“缩短代码”，“减少打字量”的雕虫小技。也许有一天你会发现，这些雕虫小技所带来的，在短暂的兴奋之后，其实是无穷无尽的烦恼。

思考题：

1. Google 公司的“代码规范”里面规定，在任何情况下 for 语句和 if 语句之后必须写花括号，即使 C 和 Java 允许你在其只包含一行代码的时候省略它们。比如，你不能这样写

for (int i=0; i < n; i++)  


   some_function (i); 

而必须写成

for (int i=0; i < n; i++) {  


  some_function (i);  


} 

请分析：这样的代码规范，是好还是不好？请说明理由。

2. 当我第二次到 Google 实习的时候，发现我的一年前的代码很多被调整了结构。几乎所有如下结构的代码：

if (x > 0) {  



  return 0;  




} else {  




  return 1;  



} 

都被人改成了：

if (x > 0) {  



  return 0;  



}  


 



return 1; 

请问这里省略了一个“else”和两个花括号，会带来什么好处或者坏处？

3. 根据本文对于 ++ 操作的看法，再参考传统的图灵机的设计，你是否发现图灵机的设计存在类似的问题？你如何改造图灵机，使得它不再存在这种问题？