C語言：丹尼斯·裡奇的不朽遺產

紀念已故的丹尼斯·裡奇--于丹尼斯·裡奇（Dennis M. Ritchie）紀念日在貝爾實驗室的演講，新澤西梅山，2012年9月7日

今天，我們齊聚此地，只為紀念丹尼斯·裡奇，紀念他用軟體為社會做出的深遠貢獻。

“軟體”一詞幾乎人人都有所耳聞，但幾乎沒人真正瞭解軟體的含義、功用和數量。我在哥倫比亞大學講授電腦科學基礎課時，我問學生這樣一個問題作為開場白：當今世界在役的軟體有多少套？工業界、政府機構、學術界和整個社會使用的所有的軟體系統在內都算上，但相同的系統只算一次。你們認為製造這些軟體系統需要寫多少行原始碼？

不一會兒，有個勇敢的學生舉手說：“100萬行”。接著另一個學生說：“不對，我覺得不止這個數；大概有1000萬行。”於是我提醒大家，僅僅微軟Windows XP作業系統的程式碼量就超過了4500萬行；而據我幾年前看過的一篇文章估計，SAP公司開發的商業應用環境程式碼量超過了2億5000萬行。

我又舉了幾個大型軟體系統的例子，最後總結道：這個問題其實沒人能給出一個準確的答案，但我可以估算一下，世界上執行的軟體程式碼總量至少有1萬億行。我的推理如下：假設世界上大約有500萬個程式設計師，整個業界的平均生產力大約是每年2500至5000行已測試並存檔的程式碼。因此，每年有數百億行新程式碼誕生。由於程式設計師們已經前赴後繼地寫了幾十年軟體，於是容易算出總程式碼行數已達數千億行。又由於舊軟體是很難棄用的，所以遺產系統的程式碼量只會愈加龐大。

整個社會不但不知道軟體的含義和數量，甚至不瞭解有哪些偉大的軟體開發者。我做了個試驗：Google一下“Dennis MacAlistair Ritchie”（譯者注：丹尼斯·裡奇的全名），得到97000個條目；相比之下，Google一下“Justin Drew Bieber”（譯者注：賈斯汀·比博的全名）得到的條目則超過了2000萬個。

關於丹尼斯為社會的貢獻之大、影響之巨，我在此管中窺豹，僅重點講一下他在C語言和Unix作業系統方面的工作。首先讓我們簡要回顧一下這段歷史。20世紀70年代初，丹尼斯發明了C語言，這只是他和肯·湯普森（Ken Thompson）合作開發的Unix作業系統的其中一部分工作。當C編譯器推出後，C語言迅速成為Unix系統上開發軟體的不二之選。

數年之內，C語言發展成了一門通用的程式語言，甚至用於Unix系統之外。比如，微軟的Windows系統就是用C實現的。事實上，今天世界上仍有諸多完成關鍵任務的軟體系統是用C編寫的。今天倘若沒有丹尼斯的發明，你就打不了電話，坐不了飛機，開不了汽車。C語言是一份不朽遺產。我剛從宇航局現役研究員傑拉德·霍爾茲曼（Gerard Holzmann）那裡收到的一個便箋，對這一點給出了最好的例證。他說：剛剛登上火星蓋爾隕坑（Gale Crater）的好奇號漫遊車（Curiosity Rover），它的空中吊車降落杆非常厲害，其控制程式就是由380萬行ISO標準C程式碼實現的。丹尼斯的發明，花了40年時間，從貝爾實驗室的Unix研發室走到了火星的蓋爾隕坑。

丹尼斯對軟體業的影響力的另一個標誌是：C之後新誕生的大量主要程式語言，要麼派生於C，要麼深受C的影響。

丹尼斯發明C語言之後大約十年，比楊·施特勞斯特魯普（Bjarne Stroustrup）加盟貝爾實驗室。他為C語言新增了類和麵向物件特性，發明了C++語言。現在這個世界上有很多使用最廣泛的軟體系統，要麼是C或C++編寫的，要麼是兩種語言混合編寫而成的，我這麼說應該不會錯。

然而，C++並不是唯一受C影響的程式語言。現今其它的主流語言--C#、Java、JavaScript、Objective-C、PHP等--都明顯脫胎於C。我在此可以大膽的說，今天世界人民使用的幾乎所有重要的軟體系統，要麼是用C編寫的，要麼是用受C影響的語言編寫的。

我要補充一點：我個人對程式語言和編譯器領域的教研興趣是深受丹尼斯影響的。舉個例子，1977年，我和布萊恩·柯尼甘（Brian Kernighan）、彼得·溫伯格（Peter Weinberger）共同開發了一種資料處理語言，名為Awk。Awk程式就是一組模式-動作的語句序列--模式即為正規表示式和數字的布林運算組合，動作即類C語句。

更早時候，貝爾實驗室還發明過另外兩種特定領域的語言，使用的都是類似的模式-動作範型（Pattern-Action Paradigm）：20世紀70年代中期，邁克爾·萊斯克（Michael Lesk）和埃裡克·施密特（Eric Schmidt）開發出了Lex語言，用於建立文字分析工具以及編譯器前端的語法分析器。幾乎同時，史蒂夫·約翰遜（Steve Johnson）開發出Yacc語言，用於為編譯器和其它語言的翻譯器建立解析器。Lex和Yacc在指定語義動作方面都用了C語言的語句。幾十年後的今天，這兩款工具語言仍是編譯器課程的支柱。

我在哥大講授的程式語言和編譯器相關課程上，我讓同學們五人一組，自己創新，設計並實現一款全新的程式語言。各組人員都是用Lex和Yacc為他們的語言開發直譯器。由於這樣的工具使得開發編譯器變得容易，學生們可以專注於語言設計方面的創新性工作，免得因花時間做編譯工具而使語言設計失色不少。

我上學期的編譯器課程誕生了不少比較有趣的語言，舉個例子，有一款語言叫做W2W，用於提出著裝建議。W2W程式設計師把她衣櫥裡所有服飾資訊錄入資料庫，然後寫一段W2W程式描述自己的服飾風格，編譯後的程式可以讀取第二天的天氣預報，然後給出穿衣的建議。正因為本課程的重點在於語言設計，所以才能風靡哥大，每學期都能吸引到100多名學生來聽課。

課程行將結束時，學生們需要寫一份專案報告，其中有一節名為“經驗教訓”。有一名學生這一節裡寫了最為生動形象的一段話：“通過學習這門課，我們意識到自己以前是多麼的天真而自滿；像C這樣的語言，我們多年來一直認為不過如此，但現在我們對其中的工作成果和優秀的設計決策懷有一種新的敬意。”

下面我們把目光轉向作業系統。由丹尼斯·裡奇和肯·湯普森共同開發的Unix系統在作業系統領域的影響力，不亞於C語言之於程式語言領域。1972年6月，媒體引述丹尼斯和肯的原話如下：“...Unix的裝機量已有10臺，以後應該會更多。”今天，世界上Unix的使用量已達數億，Unix已成為一個年產值數十億美元的產業。如今人們使用的非微軟作業系統主要包括谷歌的Android、蘋果的OS X以及無數版本的Linux和BSD系統，所有這些系統的核心多多少少都有Unix的影子。平心而論，沒有從丹尼斯和肯的原創Unix派生出的這些作業系統，就沒有今天全球資訊網路的基礎架構。

人們或許會問，為什麼Unix和C的影響力會如此之大？原因並不是當年沒有可以匹敵的作業系統或程式語言。實際上，20世紀60年代，肯參與了貝爾實驗室、通用電氣和麻省理工學院合作開發的Multics作業系統，此專案被中途叫停，結果肯在1969年開發了Unix的第一版。同樣，正值C語言茁壯成長之際，國防部發布了一個重要計劃，要開發一款名為Ada的通用程式語言供其軟體開發人員使用。Ada著實火了一陣子，儘管今天仍有用武之地，但最終並未像C一樣落地生根，無處不在。

究竟為什麼Unix和C會如此成功？對於這個問題的研究已然不少。我認為原因有很多，但其中重要一點是貝爾實驗室有著開明的管理風格，絕非事無鉅細，這使得科學家們能夠長期從事前途光明的科研工作。另外還有一點我認為是最重要的，沒有之一，即丹尼斯和肯對軟體有著優秀的品位。當軟體業的人們初遇Unix和C，或初次閱讀相關文件，他們會體會到一種“啊哈”的感覺，他們會說“是啊，作業系統和系統程式語言就應該如此啊！”而且由於Unix和C最初的實現版本很小，很容易釋出，人們便立即開始使用，並授之於同事和學生。第三，Unix系統是經過Unix研發室的千錘百煉之後方初問世，而這個研發室裡有那麼幾個超級天才研究員與丹尼斯和肯共事，他們各抒己見，群策群力，最重要的是，他們在Unix的開發過程中一直在使用Unix開發軟體。

Unix和C的成功普及，打擊了其它系統的研究者，也招來一些嫉恨，這不足為怪。1989年，理查德·加布裡埃爾（Richard Gabriel）寫了一篇文章，題目用了矛盾修辭，《最差即最佳》，文中闡釋了為什麼著重簡單靈活的Unix/C方法在市場上壓倒了著重一致完整的MIT方法。加布裡埃爾的矛盾修辭“最差即最佳”有時也稱為“新澤西風格”。在新澤西，我們更願意這麼說：“短小即美好”。

1967年我初入貝爾實驗室之時，在我工作的第一週，哈明碼的發明人理查德·哈明（Richard Hamming）就走進我的辦公室說：“艾爾，你不僅要做好工作，還要教會別人怎麼利用你的工作成果，這樣你才能成為偉大的科學家。”所以，我認為Unix和C成功的另一個關鍵原因就是，專案早期就備齊了優秀的教程和文件。在道格·麥基羅伊（Doug McIloy）的堅持下，早期的Unix系統就有線上教程，使得系統更加易學易用。

之後就有了K&R教程。丹尼斯不僅是富於創意的軟體開發人員，更是一個頂級的技術作家，他可以把複雜的軟體思想對初學者解釋得簡潔、清晰，且往往具有說服力。我認為，他與柯尼甘合著的《C程式設計語言》，無論在程式語言方面，還是在巨集觀程式設計思想方面，都是最佳教科書。業內眾所周知，此書簡稱K&R教程。一本不到300頁的小冊子，不僅給出了C語言的初始定義，而且教給初學者如何編寫優雅而實用的C程式。

我之前提到了，我教授程式語言和編譯器相關的課程時，亦從K&R教程獲益匪淺。作為這門課的語言實現部分，我要求每組學生在開始實現所設計的語言之前，先參考K&R教程第一章寫一份語言教程，然後按照K&R教程附錄A的模式再寫一份語言參考手冊。

丹尼斯和肯憑藉他們對程式語言和作業系統做出的深遠貢獻，獲得了電腦科學家所能得到的最高榮譽。1983年，他們二位榮獲ACM圖靈獎，這是電腦科學界技術成就的最高獎項。1990年，當時的總統比爾·克林頓（Bill Clinton）向他們頒發了國家科技獎章；2011年，他們又獲得了日本資訊與通訊技術獎。

我問一位哥大同事：你能否想到電腦科學界有哪個新的發展方向對計算技術能夠產生像Unix和C一樣的影響？他說想不出來，他能想到的影響力能夠與之媲美的新事物是：彗星撞地球。

我想再說幾句關於丹尼斯個人的事，作為這篇紀念辭的結束。我覺得丹尼斯是個很內斂、很謙虛的人。但是每當我跟他交談時，他總是讓人如沐春風：博愛，舉止優雅，專注於自己的興趣所在。

2000年，貝爾實驗室在中國北京開了一家研究室，我和丹尼斯踏上了在幾所中國大學的巡迴演講之旅。在北京大學，丹尼斯做了關於Unix和C的演講。全場座無虛席，熱情洋溢的學生們讓他享受到搖滾明星一般的待遇。演講尾聲，一名學生可能是熱情過度了，他問丹尼斯：很久以前，您開發了Unix和C，但此後您又做了什麼呢？丹尼斯的回答確實毫無怨言：你明白，這是我第一次遇到這樣的問題，我會好好考慮答案的。

丹尼斯並不拒絕強硬而直白的表達自己的觀點。1994年，一本題為《Unix黑實用手冊》（Unix Hater's Handbook）的書寫就，此書對加布裡埃爾“最差即最佳”的哲學做了尖銳批評。丹尼斯於是為這本書寫了一篇反諷前言，結果也被收入到本書的結語部分。

丹尼斯的結語最後是這樣寫的：我做這麼個比喻：你這本書涼拌著很多真知灼見和縝密思考，就像夾雜著未消化營養物的大便，足以養活一些寄生蟲。但它並不是可口的餡餅，因為它散發著鄙視和嫉妒的臭味。祝你有個好胃口！

丹尼斯還有一種冷幽默感，令人拍案叫絕。有一次有人問他：一個程式設計師從新手成長為精通C語言的開發者，並能寫出卓爾不凡的成品程式碼，據您的經驗需要多長時間？

丹尼斯答道：我不知道，我又不需要學C！

丹尼斯之於軟體世界，是個曠世奇才；之於有幸結識他的人們，則是個謙謙君子。

丹尼斯，我們懷念你！

原文連結

C, the Enduring Legacy of Dennis Ritchie

作者簡介

艾爾弗雷德·阿霍（Alfred Aho）

哥倫比亞大學 電腦科學系 勞倫斯·古斯曼講席教授

《編譯原理》龍書第一作者

譯者

@愛倫坡