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实现TeX的算法:回首编程技术的过去三十年

| 作者 Sergio De Simone 关注 5 他的粉丝 ,译者 侯伯薇 关注 0 他的粉丝 发布于 2015年1月19日. 估计阅读时间: 6 分钟 | ArchSummit社交架构图谱:Facebook、Snapchat、Tumblr等背后的核心技术

Glenn Vanderburg是LivingSocial的工程主管,在最近的ClojureConj会议上,对他使用Clojure实现TeX算法的工作做了很有趣的叙述。在那个过程中,他发现在过去三十年间,编程技术已经发生了非常大的变化。

TeX简史

首先,一些历史可能有助于说明TeX的重要性。Donald Knuth在1982年发布了TeX 1.0,32年后,它仍然代表了计算机排版的先进状态,Glenn说。此外,TeX一直是少数几个提供了源代码的大型项目,人们可以从中学习。

TeX是一部鸿篇巨制:它运行快速、可移植、产出优秀的结果,并且在三十年后它还在广泛使用中,只发现了很少缺陷。

Glenn特别提到,很有趣的是,当Knuth收到他的巨著《计算机编程艺术》的第一页样张,就决定开始编写TeX,因为他发现排版“丑陋得让人失望”。这样,Knuth开始编写程序,使得他的书看起来自己能够接受。当TeX可用之后,因为快速排序而为人所知的Tony Hoare建议Knuth发布源代码,那样从此可以为学生所用,那时是1982年,互联网还没有出现,也没有太多源代码示例。这个目标让Knuth开始有了文学编程Literate Programming)的冲动,最终TeX的源代码在1986年公诸于众。直到Linux内核出现之前,它一直是世界上被最广泛阅读的代码,Glenn说。

TeX内部

TeX架构是一个处理文本的管道,它会把文本切分成多种类型的对象,如页、段落、行、词等等,最终生成一个DVI文件。从TeX出现到现在已经有超过三十年,回顾过去,我们会惊奇的发现它仍然是非常“早期”的东西,Glenn说。

TeX源代码中有很多现在并不被认为是好的编程风格的例子,像:

  • 全局变量;
  • 一个字母的变量;
  • goto语句;
  • 数百行长的过程;
  • 大量宏;
  • 重复代码;
  • 局部变量重用;
  • 到处都是单线程假设;
  • 可变性代码普遍存在

阅读这样的代码就像是在访问另一个时代[…]在那本书出版的1986年,它代表了非常不错的编程方式,但很多方面现在已经过时了。

当时很多方式都是因为受到了当时可用硬件的限制,只有有限的计算能力和可用内存,据Glenn所说,Knuth为了减少函数调用到最小程度做了非常大的努力,而那实在是太昂贵了。这使得TeX的代码库高度整合,从而“抽取出任何一个部分都无法独立使用”。

TeX积极地使用技术来改善手动的操作,我们今天可能会真的看不起那些技术,但我们更应该仰视那些技术,因为要考虑到摩尔定律,不仅仅是那个定律,还有当时的语言实现技术。

使用Clojure重新实现TeX:Cló

因此,Tex可能并非是今天指导新手程序员的最佳示例,然而,Glenn之所以要重新实现它,是因为它能够展示出编程技术已经发生了多大改变,并且能够提供真实的示例,说明从过程化转换到函数式语言的时候,算法会发生多大改变。

据Glenn所说,想要理解TeX代码的功能很困难,大多是因为它的简洁和极度优化,正如上面所概述的。最初,他试图让自己的设计尽可能和TeX保持一致。正如上面所说,Tex严格地单线程执行,而在当今计算机领域,非常重要的一个目标就是利用已经可用的多核硬件。Clojure非常有用的一种特性是,让他可以把TeX的基本管道实现为一系列函数,然后他可以替换线程宏,从而从串行执行模式转换到并行执行模式。“那让我开始做一些像比较两个苹果的工作。” Cló的实现当然要比TeX慢很多,但转换到并行执行带来了“巨大的收益”。

Glenn发现另一个有趣的点是,他在某些时候不得不实现和TeX一样的优化。然而,不久他就意识到,那会让他无法使用在函数式语言中天然存在的非常好的抽象,从而让事情比应该的情况更加复杂。这也让他觉得不知道TeX的API受到了语言模式多么大的影响,特别是普遍的不可变性和单线程的假设。

对于Glenn最重要的反映来自于意识到编程技术有了多大的发展。如果我们回顾1982年的编程技术,就会看到:

  • 计算机运行缓慢,内存非常小;
  • 大多数程序员从未见过多核处理器,CPU的字节和比特的大小都不一样;
  • 对于浮点算法没有IEEE标准;
  • 可移植性意味着要支持差不多40个不同的操作系统,每个都拥有不同的文件系统结构、不同的目录语法、不同的I/O和分配API、字符集;
  • 不可能动态载入代码;
  • 优化编译器还是研究性项目;
  • 没有开源和免费的软件,你需要从头开始实现不可想象的基本内容、常用数据结构和流程。
  • 当版本控制可用的时候,功能还非常初级;
  • 人们还从未听说过自动化测试;
  • 今天的工具非常豪华,但也是多年来小步的改进逐渐得来的。

因此,对于我们还要继续改进编程技术的工作,Glenn邀请大家首先享受已经存在的良好基础。

查看英文原文:Implementing TeX's Algorithms: Looking Back at Thirty Years of Programming

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严重误译 by Jiang Liu

Literate Programming怎么能翻译成迭代编程呢?

TeX生成DVI文件,不是DIV文件 by wang edge

DVI 是Device Independent之意,目标是兼容任何显示设备

Re: 严重误译 by 侯 伯薇

抱歉,已经修改为文学编程,谢谢!

Re: TeX生成DVI文件,不是DIV文件 by 侯 伯薇

谢谢指出,抱歉,已修改,:)

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