при программировании в кодах машины Фон Неймана.
Сравнение некоторых альтернатив
Развернутое сравнение кода машины Фон-неймановского типа — хорошо известное отсутствием ясности — и различных типов алгоритмических языков было бы не лишним. Выполнение программы всегда состоит в периодическом взаимодействии двух информационных потоков, одного постоянного во времени («программы»), другого изменяющегося («данные»). Много лет одним из основных достоинств кода Фон-неймановского типа считалась возможность программы изменять свои собственные инструкции. Со временем мы обнаружили, что именно эта возможность в немалой степени ответственна за отсутствие ясности в программах на машинном коде. Тут же была поставлена под вопрос необходимость этого: все алгебраические компиляторы, которые я знаю, производят объектные программы, остающиеся неизменными все время выполнения.
Это наблюдение приводит нас к рассмотрению статуса переменной информации. Давайте ограничимся рассмотрением языков программирования без операторов присваивания и перехода. При условии, что набор доступных функций достаточно широк и понятие условного выражения входит в число примитивов, можно описать вывод любой программы как значение большой (рекурсивной) функции. Для последовательной машины она может быть странслирована в постоянную объектную программу, в которой во время выполнения стек используется для отслеживания текущей иерархии вызовов и значений фактических параметров, передаваемых этим вызовам.
Несмотря на элегантность подобного языка программирования, имеется серьезный довод против него. Информация в стеке может рассматриваться как объекты с вложенными временами жизни и постоянными значениями в течение всего времени жизни. Нигде (за исключением явного наращивания счетчика команд, отражающего ход времени) значение уже существующего именованного объекта не заменяется другой величиной. В результате единственный способ сохранить только что полученный результат — выложить его на верхушку стека; у нас нет способа выразить, что прежнее значение устарело, и время его жизни будет продолжаться, хотя безо всякого интереса для нас. Второй довод против, возможно, является следствием первого: такую программу после некоторого, довольно быстро достижимого, уровня вложенности будет ужасно трудно читать.
Обычное средство от этого — совместное введение операторов присвоения и goto. Оператор goto позволяет нам посредством перехода назад повторить часть программы, тогда как оператор присвоения может создать необходимое различие в состоянии между последовательными повторениями.
Но у меня есть причины спросить: будучи примененным в качестве спасительного средства, оператор goto не хуже ли сам по себе, чем тот дефект, который он призван исправить? Например, два менеджера программных отделов из разных стран и разной квалификации — один в основном ученый, другой в основном коммерсант — сообщили мне независимо друг от друга и по собственной инициативе о своем наблюдении, что квалификация их программистов обратно пропорциональна частоте появления оператора goto в их программах. Это было стимулом к тому, чтобы попытаться обойтись без оператора goto.
Идея состоит в следующем: то, то нам известно как «передача управления», т. е. подмена счетчика инструкций, — это операция, обычно подразумеваемая как часть более содержательного действия. Я упомяну переход на следующий оператор, вызов процедуры и возврат из нее, условные конструкции и оператор for. Это еще вопрос, не собьет ли программиста с толку наличие отдельного средства управления передачей управления. Я поставил несколько программных экспериментов и сравнил текст на ALGOL с текстом, полученным мной на модифицированной версии ALGOL 60, в котором оператор goto был упразднен, а оператор for — будучи слишком помпезным и сложным — заменен более простой конструкцией повтора. Последние версии было потруднее создавать: мы так хорошо знакомы с командой перехода, что требовались некоторые усилия, чтобы забыть его! Во всех попытках, впрочем, программы без goto оказались короче и понятнее. Начальный шаг в повышении ясности достаточно понятен. Хорошо известно, что не существует алгоритма для определения, завершится данная программа или нет. Другими словами: каждый программист, который хочет создать безукоризненную программу, должен хотя бы убедиться сам, проверив, действительно ли завершается его программа. В программе, где goto применен в неограниченных количествах, этот анализ может оказаться очень трудным, учитывая большое разнообразие путей, по которым программа может зациклиться. После упразднения goto остаются только два способа, которыми программа может зациклиться: либо бесконечная рекурсия — т. е. через механизм процедур — либо конструкция цикла. Это весьма упрощает проверку.
Понятие цикла, столь фундаментальное в программировании, имеет еще один аспект. Нет ничего необычного в