微軟正式發(fā)布了一種名為Bosque的全新編程語言。微軟方面介紹說：Bosque是一種超越了結(jié)構(gòu)化編程且沒有循環(huán)的編程語言將極大地提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，提高軟件質(zhì)量，并使編譯器和開發(fā)人員工具的開發(fā)進(jìn)入第二個(gè)黃金時(shí)代。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 4 月 18 日，微軟正式發(fā)布了一種名為 Bosque 的全新編程語言。微軟方面介紹說：Bosque 受 TypeScript 啟發(fā)，是一種超越了結(jié)構(gòu)化編程且沒有循環(huán)的編程語言，他們認(rèn)為，這種規(guī)范化的編程模型將極大地提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，提高軟件質(zhì)量，并使編譯器和開發(fā)人員工具的開發(fā)進(jìn)入第二個(gè)黃金時(shí)代。

超越結(jié)構(gòu)化編程的“正則化”編程語言

20 世紀(jì) 70 年代，結(jié)構(gòu)化編程和抽象數(shù)據(jù)類型的興起代表了編程語言的重大轉(zhuǎn)變。這些方法代表了從反映底層硬件體系結(jié)構(gòu)附帶特性的編程模型，開始轉(zhuǎn)向更直接地強(qiáng)調(diào)程序員意圖的模型。這種轉(zhuǎn)變同時(shí)使開發(fā)人員更容易地將系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換為代碼，且更不易出錯(cuò)，并開啟了編譯器和 IDE 工具開發(fā)的黃金時(shí)代。

21 世紀(jì)的今天，微軟推出了一種新的開源編程語言，名為 Bosque，它希望通過包含代數(shù)運(yùn)算和避免產(chǎn)生復(fù)雜性的技術(shù)來使得代碼簡(jiǎn)化和易于理解。

Bosque 的靈感來自于 TypeScript 的語法和類型以及 ML 和 Node/JavaScript 的語義。它的提出者是微軟計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Mark Marron，他將這種語言描述為 超越結(jié)構(gòu)化編程模型 的成果。

自 1968 年計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Edsger Dijkstra 發(fā)表題為《Go To Statement Considered Harmful》的論文后，結(jié)構(gòu)化編程范式開始流行起來。在結(jié)構(gòu)化編程范式中，流控制由循環(huán)、條件和子例程管理。

Marron 認(rèn)為：可以通過消除諸如循環(huán)、可變狀態(tài)和引用相等等復(fù)雜性的來源讓編程變得更好。于是 Bosque 誕生了，它代表了一種編程范式，Marron 在他的一篇論文中稱之為“正則化編程”。

Marron 在他的技術(shù)論文中解釋說：“這個(gè)模型建立在結(jié)構(gòu)化編程和抽象數(shù)據(jù)類型成功的基礎(chǔ)上，它將現(xiàn)有的編程模型簡(jiǎn)化為一種正則化的形式，這種形式消除了主要的錯(cuò)誤來源，簡(jiǎn)化了代碼理解和修改，并將許多代碼上的自動(dòng)化推理任務(wù)轉(zhuǎn)換為瑣碎的命題。”

Bosque 語言官方論文：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2019/04/beyond_structured_report_v2.pdf

Bosque 語言概覽

那么，Bosque 語言是什么樣子的？下面這個(gè)例子或許可以說明：

//Functor (Bosque)

官方 GitHub 中包含更多參考示例：

https://github.com/Microsoft/BosqueLanguage

乍一看，Bosque 的表達(dá)方式很像 JavaScript 語言。Marron 說，引用相等（當(dāng)兩個(gè)變量指向內(nèi)存中的同一個(gè)對(duì)象時(shí)）代表了一種可能導(dǎo)致問題的復(fù)雜性的例子。

在 Marron 的論文中，他寫道：

基于一系列開發(fā)人員訪談和對(duì)分析運(yùn)行時(shí)編譯器開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)研究，我們確定了五個(gè)意外復(fù)雜性的主要來源，可以通過深思熟慮的語言設(shè)計(jì)來解決。這些問題是各種 bug 的來源，增加了開發(fā)人員在應(yīng)用程序中推斷和實(shí)現(xiàn)功能所需的工作量，并使自動(dòng)推斷程序變得非常復(fù)雜（甚至不可能實(shí)現(xiàn)）。

這五種復(fù)雜性來源分別是：

可變的狀態(tài)和框架：在編程語言中引入可變性，破壞了以單調(diào)的方式對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行推理的能力，這種方式迫使程序員 (和任何分析工具) 明確哪些在運(yùn)算之后仍然為真，哪些就無效了。可變代碼通過返回值和對(duì)參數(shù) (或其他全局狀態(tài)) 的副作用來影響應(yīng)用程序狀態(tài)的能力也引入了對(duì)每個(gè)運(yùn)算的邏輯框架進(jìn)行推理的需要。

循環(huán)、遞歸和不變量：循環(huán)和遞歸是向推理提出的一項(xiàng)基本挑戰(zhàn)，因?yàn)榇a描述了單個(gè)步驟的效果，但是要理解完整的構(gòu)造，需要對(duì)一組值上的量化屬性進(jìn)行泛化。不變量提供了所需的關(guān)聯(lián)，但是一般針對(duì)它們的計(jì)算不可能存在一種通用的技術(shù)，甚至在有限的應(yīng)用中也很難實(shí)現(xiàn)。

不確定行為：包括未定義的、未指定的、不確定的或環(huán)境的行為，需要程序員或分析工具來推斷并解釋所有可能的結(jié)果。雖然真正未定義的行為，例如未初始化的變量，已經(jīng)從大多數(shù)語言中消失了，但是仍然存在大量未具體明確的行為，例如排序的穩(wěn)定性、映射 / 字典枚舉順序等。這些增加了開發(fā)過程的復(fù)雜性，并且隨著時(shí)間的推移，逐漸被視為應(yīng)該消除的負(fù)債。

違反數(shù)據(jù)不變?cè)瓌t：編程語言通常為數(shù)組 / 元組中的單個(gè)元素或?qū)ο?/ 記錄中的字段提供訪問和更新的操作符。事實(shí)上，這些訪問器 / 更新器是在單個(gè)元素的基礎(chǔ)上操作的，這導(dǎo)致程序員在多個(gè)步驟上更新對(duì)象的狀態(tài)，在此期間，通常不變量在恢復(fù)之前會(huì)暫時(shí)失效。在這種情況下，大量細(xì)節(jié)必須予以跟蹤和恢復(fù)，這可能會(huì)急劇增加發(fā)生錯(cuò)誤和疏忽的機(jī)會(huì)。

等式和混疊：編程語言處于數(shù)學(xué)和工程學(xué)的邊界上。盡管語言語義被表述為一個(gè)數(shù)學(xué)概念，但也存在一些常見的情況，例如引用相等、按值傳遞 vs. 按引用傳遞，或評(píng)估順序，它們通常默認(rèn)底層是馮·諾伊曼架構(gòu)，要么是有意為性能考慮，要么是出于習(xí)慣或歷史原因。雖然這些選擇看起來微不足道，但是對(duì)可理解性有很大的影響——僅僅公開引用相等性就會(huì)增加關(guān)于混疊關(guān)系的推理的復(fù)雜性，并使其他體系結(jié)構(gòu)上的編譯變得非常復(fù)雜。

Marron 舉了一個(gè)例子，譬如為了讓某種方法以單例模式或緩存的形式返回一個(gè)新對(duì)象，就需要考慮對(duì)該方法進(jìn)行優(yōu)化。但 Marron 表示：“如果這個(gè)問題出現(xiàn)在對(duì)象具有身份的語言中，這種行為可能會(huì)改變程序的結(jié)果；然而，在不允許對(duì)象標(biāo)識(shí)的 Bosque 中，這種優(yōu)化則是安全的。”

他引用的另一個(gè)例子是各種形式的不確定行為，他說：“在 JavaScript 中，排序函數(shù)不需要是穩(wěn)定的，所以 JS 的 V8 引擎使用了不穩(wěn)定的排序。”

Marron 進(jìn)一步解釋道：“從理論上講，這似乎是一件小事，但在實(shí)踐中，這意味著每次開發(fā)人員對(duì)列表進(jìn)行排序時(shí)，他們必須記住列表是不穩(wěn)定的，并考慮到使用相同排序值重新排序的可能性，譬如 2008 年因?yàn)榉€(wěn)定性問題被爆出的 Chromium bug 90。”

Marron 的技術(shù)論文探討了 Bosque 試圖解決的編程語言復(fù)雜性的潛在來源。但是他說，消除可變狀態(tài)、循環(huán)和引用相等性是三大要素。

他說：“在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，強(qiáng)更新、循環(huán)不變量和別名分析等相關(guān)問題已經(jīng)被廣泛研究了 30 多年，但仍然是一個(gè)巨大的開放問題。通過消除這些特性，以及解決相關(guān)問題的需要，許多像符號(hào)執(zhí)行這樣的事情可以簡(jiǎn)化為概念上的簡(jiǎn)單任務(wù)。”

Marron 說，Bosque 的最初目標(biāo)是構(gòu)建自動(dòng)化的零工作量代碼驗(yàn)證、自動(dòng)化的 SemVer 檢查和編譯，以使用 SIMD 硬件，如 AVX 或 SSE。他說：“目前，我們只在小的示例上手工完成了這些工作，但從根本上說，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中似乎沒有任何不可逾越的障礙。”

未來規(guī)劃

目前，Marron 將 Bosque 視為探索語言設(shè)計(jì)選擇的一種方式，并通過與學(xué)術(shù)界和在線開發(fā)人員社區(qū)的協(xié)作，幫助創(chuàng)建諸如驗(yàn)證器和編譯器之類的自動(dòng)化開發(fā)工具。

他說：“我們希望用 Bosque 來證明這個(gè)領(lǐng)域的各種概念。未來，我們可能會(huì)努力將這些想法以某種形式投入生產(chǎn)。”

目前，Bosque 依賴于一個(gè)用 TypeScript 編寫的解釋器，運(yùn)行在 Node 上。作為參考實(shí)現(xiàn)。展望未來，Marron 打算為 WASM 和本地代碼提前實(shí)現(xiàn)編譯。他說，在接下來的幾個(gè)月里，他將專注于各種 TODO 項(xiàng)目，比如 bug 修復(fù)以及開發(fā)支持用這種語言編寫大型程序的功能。

如果 Bosque 在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)之外的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中找到了一席之地，Marron 認(rèn)為它可能會(huì)應(yīng)用在云或物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，因?yàn)?Bosque 代碼可以在一個(gè)比較小的內(nèi)存中編譯，能夠快速啟動(dòng)，并且可以通過符號(hào)分析驗(yàn)證其正確性。