程序員的語言“艷遇史”（七）——電臺播音員Scheme
程序員的語言“艷遇史”（五）——辦公室秘書Smalltalk
第七個女孩 電臺播音員scheme
（＊＊＊以下小說情節純屬虛構，供朋友們在緊張編程后輕松一下，如有雷同純屬巧合，切勿對號入座＊＊＊）
一、天籟之音
早班車上，每過一站，都是一陣洶涌的人流波動。我好不容易搶到一個座位，環顧四周，沒什么老人孕婦，竊喜。最近一周倒霉，每次才占到空位，都迫于群眾壓力，當了雷鋒，連假裝看窗外都不成。我放心的坐下，隨手抹了一把汗。其實我本可以坐11路車上班，路程還少兩站，也沒這么擠。可是那路車整天播新聞廣播，主持人聲音和破鑼似的，哪能和音樂交通廣播scheme姐姐的天籟之音比啊。
不錯，7：30節目準點開始，車上伴聽傳來那個我熟悉的女聲，“聽友marry通過本節目給她的男朋友點歌一首，她在發來的短信里說，漫漫人生路，有你長相伴……要點歌的朋友可以發短信到……”。我急忙掏出手機發短信，不用主持人說，那個SP特服號我太熟了。為什么呢，本公司正是音樂交通廣播唯一指定短信合作伙伴，節目流程還是我設計的。呵呵，就算當公司產品的義務測試員了。就是短信信息費太貴，靠，一條5元，跟搶劫沒什么兩樣。改天找我們麥總報銷。
二、 麥總是誰？
麥總就是我大學那個老同學麥東啊。我就是受到他的邀請，才到現在這家公司的。大學畢業時，麥東一點都不為工作著急。我當時還百思不得其解，現在我才明白，還找什么工作啊，人家是為社會創造就業機會的層次。麥東老爸是副市長，有這個政商背景在，還有什么搞不定的。
麥東畢業后，玩了幾年，被他爸罵得夠嗆。于是就借錢搞了一個從事電信增值業務的公司。公司初創缺人，他就想到我這個大學“同居”多年的死黨，叫我助他一臂之力。我正好做網絡集成這個行業做累了，和領導關系也不好，想換換口味，就離家到了這個陌生的城市。
到公司一看，麥東這家伙，還和當年一樣色。才聊幾句，就和我對外面女秘書的身材進行一番研討。終于談到工作，他決定委以我公司技術總監一職，命我即刻上任。我開始還假意推辭，到技術部一看，就一個維護機器的小弟，一看名片，還是技術部副總。四周再逛了一下，公司就十來個人，稱呼都是某總，連做衛生阿姨都是保潔部主管。我大怒，整一個皮包公司嘛，準備不干了。麥總急忙挽留，說就當到這里旅游，也得呆三個月，否則老同學情意就沒了。
后來我才知道，對短信SP這個行業來說，技術不是主要因素，關鍵還是有沒有信息源，和運營商關系鐵不鐵。我們麥總年輕有為，什么中高考查分、電臺電視臺節目互動，紛紛搶到手里。以前民國時候，形容軍閥有一句話“大炮一響，黃金萬兩”，我們公司的炮彈就是短信群發。那時每上一個新節目，我最喜歡的事情就是趴在服務器終端前，邊看用戶短信流量邊流口水。一條、二條……一萬條，那就是錢啊。我和麥東經常取笑那些在.COM公司的兄弟，它們有盈利模式嗎？看看我們，已經搞定。現在我再也不嫌人少了，麥總催了我幾次，叫我搞搞招聘。我都給他頂回去，說忙得過來。招人，我傻呀，人少才好分錢啊。唉，當時真是小農意識濃郁。
三、和SICP的相遇
一天，我閑得無聊，就去逛新華書城。忽然耳邊傳來了那個熟悉的女聲，“現在我為大家獻歌一曲，高天上流云……”。這不是音樂交通廣播的scheme嗎，她怎么也來書城了。我和沒頭蒼蠅一樣，在書城里四處亂竄。后來才搞清楚情況，原來書城五樓正在搞音樂交通廣播聽友見面會。等我趕到，已經曲終人散。唉，錯過了和scheme姐姐見面的機會。
我正郁悶著，隨手抓起一本別人不要的丟在書架上的書。哈哈，沒想到情場失意，淘書竟然淘出一個寶貝。那就是大名鼎鼎的SICP，北大裘宗燕老師的譯本《計算機程序的構造和解釋》。以前一直聽說過Lisp這門古老的語言，可是總不得其門而入，今日終于得償所愿。
該書使用的程序設計語言是上個世紀70年代誕生在MIT人工智能實驗室的Lisp方言，名為Scheme。它的發明者是Guy L.Steele和他的老師Gerald Jay Sussman。Scheme語言秉承了Lisp傳統，采取了基于表達式計值和函數施用的計算模型，而且無論程序還是數據都具有一致的S表達式語法。
雖然Lisp方言很多，但Scheme絕對是有特殊歷史地位的一個。Scheme比其他早期lisp方言具有更堅實的理論基礎，也可以說更“純”，它的許多概念奠基于數學里的無類型Lambda演算。雖然Lisp也是來源于此，但它的許多方言并不嚴格遵循該理論。Scheme語言把詞法作用域引入了Lisp家族，而其他的Lisp方言除了后來的Common Lisp外，大都采用動態作用域。Scheme語言還鼓勵大家大膽的使用遞歸，而不用擔心堆棧溢出，因為它把尾遞歸優化作為實現標準。
SICP這本書（Sussman還是作者之一），實際上就是他們Scheme語言設計和研究的一個縮影。書的難度確實不低，我當時了解到這竟然是MIT入門課程6.001的教材，簡直震驚了。難道中美計算機科學教育的差距有這么大嗎？后來我在“Joe on Software”里看到Joe對這本書及相關課程的說法：（譯文摘自《More Joe on Software》中文版《軟件隨想錄》中的“Java語言學校的危險性”）
“我讀的這門導論課，是賓夕法尼亞大學的CSE 121課程，真是讀得苦不堪言。我注意到很多學生，也許是大部分的學生，都無法完成這門課。課程的內容實在太難了。我給教授寫了一封長長的聲淚俱下的Email，控訴這門課不是給人學的。賓夕法尼亞大學里一定有人聽到了我的呼聲（或者聽到了其他抱怨者的呼聲），因為如今這門課講授的計算機語言是Java。”
看到這里，心里平衡了不少，因為我清楚的記得我在大學一二年級的水平。不過SICP這本書對Scheme語言的介紹只能算是中級，它的重點是編程思想和計算模型，而非語言本身。從語言角度講，它至少忽略了兩個重要主題：宏Macro和延續Continuation。從理論角度講，它并沒有多講Lambda演算方面的內容。如果把這本書當做入口，再深度鉆研下去，你就會發現一個更宏大的領域——函數程序設計FP。
四、仰望FP星空
函數程序設計作為一場運動，已經統治歐美程序設計語言理論界多年。如果把FP當做一個武林門派，那開山鼻祖就是邏輯學家Alonzo Church。他在1941年發明Lambda演算，這是一個研究可計算函數及函數施用的形式系統。上個世紀50年代，John McCarthy和他的小組發明了Lisp語言，把Lambda演算引入了計算機世界。到了70～80年代，FP終于成為顯學。連命令式語言的老祖宗Fortran創始人JohnBackus都倒戈了，他在1977年發表了著名的圖靈獎演講“Can Programming Be Liberated From the von Neumann Style?”, 大力鼓吹FP。FP分支眾多，目前比較流行的程序設計語言有Lisp/Scheme、ML、Haskell、Erlang等。最近連微軟這樣一向保守的工業主流企業，也借鑒ML語言出了F#這樣的東西，這在以前想都不敢想。
那時我也是附庸風雅，根本不是學術界的一份子，竟然叛變革命，也開始看函數程序設計方面的文獻。我下載了Steele和Sussman為Scheme語言發表的一系列論文，這些文章完整討論了Scheme的語言設計、解釋器實現、編譯器實現，甚至一個Scheme硬件處理器的實現，堪稱計算機科學技術的學術典范，名噪一時。每篇論文都以Lambda作為題目開頭，比如“Lambda: The Ultimate Imperative”、“ Lambda: The Ultimate Declarative”等等。此風一起，后有好事者加以模仿，在寫Scheme語言或其他函數語言編譯技術有關的論文時，也常用Lambda開頭。國外一個討論程序設計語言的學術網站，起名叫Lambda the Ultimate，看來也是受此影響。
一個晚上，我讀論文讀累了，走到房間陽臺透一透氣。小區里的空氣是悶熱而污濁的，空調外機響著，樓下幾個大排檔人頭聳動，吵得要死。我如同一個文藝青年，抬頭仰望星空，回想函數程序設計60多年的歷史，心潮澎湃，頗有眾人皆醉唯我獨醒之態。忽然接到麥東電話，叫我一起到某新開酒吧happy。這幫俗人！我堅決予以拒絕，決定今夜青燈古佛，陪論文度過。麥東使勁誘惑，“來吧，我還請了音樂交通廣播的幾個美女，嘿嘿！”。什么，音樂交通廣播，美女！我腦中立刻想到了scheme姐姐，立馬把論文丟在一邊，直奔酒吧而去。到了才發現此美女非彼美女，是電臺廣告部的幾個人，又被騙了！
五、何為情商
麥東這個人，學習一般，對學術問題更沒什么興趣。他學生時代就是我們班一活寶，專業追女，業余學習。畢業論文更是一塌糊涂，后來兄弟幫他捉刀一篇，幾乎逐子逐句改過，才過了關。也許就是這份交情，他后來開公司才想到我。但是和他相處一段，我不能不佩服他的情商。所以人家是老板，我們是打工仔。
就拿和運營商公關一事講吧。聯通最近部門調整，新成立了增值業務部，我們去拜訪對方新領導。車到聯通大樓門口，麥東鬼鬼祟祟的換了一部手機，名片也換了一個版本。我極為不解，干嘛？麥東白了我一眼，說“你真木。到聯通公司，你總不能拿著一部中國移動的手機吧。這讓別人不爽。”。我們公司和三個主流運營商移動、聯通、電信小靈通，都有SP接口。麥東給業務部同事和他自己準備了三套手機、三種名片，看人擺碗碟，真夠絕的。
出去商務談判，坐在麥東旁邊，差點把我嚇出心臟病。整一個賣拐的大忽悠，上到音信互動節目，下到網絡布線工程，沒有不能做的。我看要是對方講開發航空母艦，估計他眉頭都不眨，也能應承下來。有幾次我在桌下，直踢他腳，他還滔滔不絕，口若懸河，弄得我狂汗。后來麥東和我講，這就叫氣勢，商場中沒這個自信，人家看不起的。我反問，要是公司沒能力開發怎么辦？麥東說轉包啊，能拿到單子才是爺啊，后面做工程的和乞丐一樣一大溜。我啞口無言。
每年315消費者權益日，我們都特緊張。就怕某個用戶亂投訴，媒體來個曝光，公司就慘了。那時我們還是很守規范的，騙都是騙，但是用戶訂購的上行短信都還是有記錄的。但是有的用戶對資費和服務就是不認可，運營商分錢沒問題，投訴全往我們頭上推。我們技術部還認死理，和用戶比對短信記錄，差點沒吵起來。麥東多次力挽狂瀾，花錢消災，把用戶伺候得服服帖帖走人。這就是功夫啊。他還發動關系網，建立投訴預警系統，各大媒體、消協加工商局，四處打點，防范于未然。
有這樣的老總在，下面工作好做多了，我這個技術總監也日漸輕松。SP短信技術系統還是比較簡單的，我借鑒SICP書中介紹的解釋器手法，偷空開發了一個簡單的DSL，這些就可以不用C語言做流程了，以后上新節目讓小弟編個DSL腳本就行了。溫飽思淫逸，我有時上班空下來，不務正業，也研究研究Scheme語言。
六、從理論到機器的旅程
函數程序語言研究群體畢竟是計算機科學家，不是搞純數學。您鼓吹了半天，總得有個在機器上可運行的東西出來吧。所以我們的理論家也不得不臟一下手，考慮一下編譯問題。他們的套路和傳統命令式語言的編譯技術是極為不同的。很多函數語言編譯器開發者經常分兩個層次考慮問題：
1、如何把各種各樣的語言構造，統一歸結為函數計算模型，即轉換為lambda演算形式；
2、如何把lambda演算形式及其歸約操作，在主流von Neumann機器這個異構的設施上有效予以實現。
在這些問題上，無盡的努力已經耗去了，多少人白了少年頭。下面我們看看，在經典的Scheme語言實現中，是如何處理這兩個問題的。
Lisp傳統中，由于數據和程序表示的一致性，程序的轉換可以通過數據結構的操作來實現。由于可以用read原語像輸入數據一樣輸入S表達式，不用再進行語法解析，在Lisp中編寫解釋器或編譯器是一件很容易的事情。Lisp中經常用于程序轉換的手段稱之為特殊型。首先可以實現很小一個子集的特殊型，然后利用這個子集再去定義新的特殊型。在解釋器或編譯器的處理中，在此子集合外的特殊型被翻譯成預先定義的特殊型，然后再對變換后的表達式進行操作。新定義的特殊型稱之為宏，翻譯過程稱之為宏展開。
所以對于第一個問題，Scheme的回答就是把lambda演算形式作為核心子集，而其他的程序構造定義為語言的宏。
看兩個簡單的Scheme語言程序。
程序一：引入局部詞法環境的let表達式
(let
((a 1) (b 2))
(+ a b))
它被宏展開后，可以轉換為類似這樣的一種形式：
((lambda(a b) (+ a b))
1 2)
可以看到，變成了一個lambda表達式對常數1和2的施用操作，結果是3。
程序二：引入副作用的begin表達式和set！表達式
(definea 0)
(define b 0)
(begin
(set! a 1)
(set! b 2)
(+ a b))
其中的begin表達式被宏展開后，可以轉換為如下一種形式：
((lambda(x)
((lambda (y)
((lambda (z) z)
(+ (getbox a) (getboxb))))
(setbox! b 2)))
(setbox! a 1))
變成了三個lambda表達式的連續的施用操作。可以看到x和y變量實際上是沒用的，(setbox! a 1)和(setbox! b 2)兩個表達式的返回值被拋棄了，只有最后一個(+ (getbox a) (getbox b))的值作為整個表達式的返回值。所以，如果begin表達式中的子表達式沒有副作用，那對整個程序的計算是沒有意義的。
還要注意的是對set！賦值表達式的轉換。如果不對set！表達式進行處理，變量值允許變化，就無法保持lambda演算理論的純潔性，也無法對程序進行數學語義推理了。
這里變的戲法是為被賦值的變量引入一個間接層，把對變量的賦值和引用轉換為對內存數據結構的讀寫原語getbox和setbox！。變量指向該內存數據結構，在程序運行時間內不再改變，這樣在形式上就符合lambda演算中變量一經綁定不再改變的特性了。
同樣，Scheme語言中其他特殊型比如什么let*、letrec、and、or、cond、case、do、define，它們可以被宏轉換成quote，setbox!,getbox,if和lambda這些核心lambda演算的形式。
下面解決第二個問題，lambda演算這種可計算函數的模型如何能在狀態轉換的底層機器上跑起來。
現在忘掉計算機，回到初中時代，怎么算三角形面積？底＊高／2，表示成代數式：
a * b / 2
代入實際數值就可以計算了，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。如果讓計算機這個電子傻瓜幫你算，用貼近機器的匯編語言，你就得明確計算順序。我們用CPS（Continuation passing style)形式的Scheme代碼來顯式的表達計算順序。
一種是( * a b (lambda (x) (/ x 2 (lambda (z) z))))。
另一種是( / b 2 (lambda (x) (* x a (lambda (z) z))))。
注意＊和／的操作類型不再是 number number -> number，而變成了number number continuation -> number 。多了一個continuation延續參數，＊和／的結果不是立即返回，而是作為參數傳給continuation，使得計算繼續持續下去。現在這個式子，不僅是一個和原來的代數式語義相同的代數式，而且可以被看成凸顯控制流的中間代碼。
我們就第二個式子繼續變換：
j = (/ b 2 (g a))
g = (lambda (y) (lambda (x) (* x y f)))
f = (lambda (z) z)
這里生成了三個新表達式，注意原來的兩個continuation不再是匿名函數了，而被提升到全局環境，分別用f和g引用。注意這里的函數g，它對應于原來的(lambda (x)(* x a (lambda (z) z)))，多了一個參數y，代替式子里的自由變量a。
假設有一個堆棧機作為目標機器，其中push是入棧指令，div和mul分別是除法和乘法指令，goto是跳轉指令。我們就可以把上面的中間形式轉換為匯編偽代碼：
j: ／／ 匯編語言標號
dd a … ／／ 這里定義了兩個變量
dd b …
push b
push 2
div
push a
goto g
g:
mul
goto f
f:
注意這里所有對延續的函數調用都屬于尾調用tail call，在編譯處理上都不生成保存函數返回地址的代碼，直接goto到一個標號地址即可。可以看到，代碼還可以再簡化，很多編譯器生成的指令是不必要的。這就是兩個不同計算模型轉換的代價，我們這個例子太小，還不怎么能說明問題。
以上我們殺雞用牛刀，展現了經典Scheme語言編譯器如何把一個弱智的lambda表達式轉換為機器代碼的過程，演示了每步的程序形式。在其中的第一步和第二步分別使用CPS變換和Lambda Lift變換，最終生成了虛擬堆棧機的代碼。這些程序變換是否語義上與原來一致呢，這是一個關于可信編譯器的證明問題了，太麻煩了，還是留給那些計算機科學家吧。
七、離別的日子
真是世事無常，我們的好日子才幾年，就結束了。麥東他爸因為房地產土地買賣的問題被雙規了。在此打擊下，麥東失魂落魄，也不怎么來公司了。業務雖然還正常運轉，但已不比從前。中高考查分信源丟了，今年移動的SP新節目報批也遲遲沒有下來。整個行業背景也在變化了，移動夢網的新政即將出臺，將來的監管力度會更嚴。苦撐著沒多久，麥東和我做了一次長談，決定把公司賣了，出國算了。我當然支持他了，都是兄弟嘛。我決定渡過交接期后，也辭職回家。
在即將離開這個城市的時候，我有一樁未了的心愿。大家都猜到了，那就是無論如何要見scheme姐姐一面。三年了，天天在公車上聽到她的聲音，她就好比我身邊的一個朋友。我決定不再錯過，通過電臺活動部的小張，我混進了廣電大樓。
站在播音室門口，我坎坷不安，手汗都把日記本弄濕了。突然門開了，一個身材臃腫的中年婦女出現在我的面前，穿著一件普通的黑裙子，頭上戴著我媽那個年代的發夾。
“你好，我是scheme。”
后面的幾分鐘我恍惚夢游，帶著scheme簽名的日記本，我走出了廣電大樓。看見了滿天星光，我不禁啞然失笑。從旁邊的商鋪里傳來那熟悉的歌聲：
“千萬里，我追尋著你，
可是你卻并不在意，
……”
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