閱讀 :670

文學編程是高德納引入的用以替代20世紀70年代提出的結構化編程范型的編程方法。

文學編程范型，正如高德納所構想，不同于傳統的由計算機強加的編寫程序的方式和順序，而代之以使程序員用他們自己的思維具有的邏輯和流程所要求的順序來開發程序。文學編程不受約束地表達邏輯，而且用人類日常使用的語言寫出來，就好像一篇文章一樣，文章包括用以隱藏抽象的宏和傳統的源代碼。文學編程工具用來從文學源文件中得到兩種表達：一種用于計算機進一步編譯和執行，稱作“糾纏”的代碼；一種用于格式化的文檔，稱作從文學源代碼中“編織”出來。。雖然第一代文學編程工具是特定于計算機語言的，但后來出現的工具可以不依賴具體語言并且存在于比編程語言更高的層次中。

一個文學程序是用自然語言比如英語寫的程序邏輯的解釋，程序中交織點綴著宏和傳統源代碼小片斷的。宏在文學源文件中是簡單的，或與標題類似，或是人類語言中解決編程問題時用以描述抽象的解釋性短語，它隱藏了大段代碼或是較低層次的宏。這些宏與通常在計算機科學教學時用偽碼寫的算法相似。這些任意解釋的短語成為新的精確的操作符，操作符在運行過程中由程序員創建，組成了在基本編程語言之上的“元語言”。 預處理器用于替換任意層級，說得更準確些是“在'網'和宏之間建立聯系”，用命令("tangle")來產生可編譯的源代碼，用另一個命令("weave")來產生文檔。預處理器還提供了寫出宏的內容的能力和在文學程序源文件中的任何地方增加已創建的宏的能力，由此不必受傳統編程語言強加的那些限制或是打斷自己的思路。

根據高德納本人所說,文學編程為高質量程序而生，因為它強迫程序員顯式地描述程序背后的思路，讓不充分的設計決策無所遁形。高德納還聲稱文學編程提供了第一流的文檔系統，它不是插件，而是在編程中隨著思路的慢慢展現而不斷自然發展的過程。產生出來的文檔使作者能在以后的任何時間重新找到自己的思路，也能使其他程序員更容易理解程序的建構過程。這與傳統文檔不同，那里程序員必須和編譯器規定的代碼順序寫在一起，還必須從代碼和注釋中重現當時的思路。文學編程的元語言能力也據稱普遍利于思考，能從更高的層次統觀代碼，也能增加人的智能可成功保持和處理的概念數量。Applicability of the concept to programming on a large scale, that of commercial-grade programs is proven by an edition of TeX code as a literate program.

文學編程常常被誤解為不過是從有源代碼和注釋的文件中產生格式化文檔，或是在代碼里寫大量的注釋。這一誤解導致那些文檔析出工具，如Perl的Plain Old Documentation系統也被稱為“文學編程工具”。盡管如此，因為這些工具沒有實現隱藏在自然語言宏系統背后的“抽象概念網”，或是提供把機器規定的源代碼順序變為人類思維更容易理解的順序的能力，它們不能在高德納提出的意義下被稱作文學編程工具。

一個文學編程的經典例子是標準Unix單詞計數程序wc的文學實現。高德納在他的《文學編程》書中的第12章展示了這個例子的CWEB版本。后來它也為noweb文學編程工具而重寫。這一例子漂亮地闡釋了文學編程的基本元素。

創建宏

下面這個wc的文學編程代碼片斷展示了在文學編程中用來創建宏的自然語言的描述性詞組有多隨意，宏作為文學編程語言中新的“操作符”，并且隱藏了代碼塊或其它的宏。由兩個尖括號組成("<<...>>")的標記符號表示宏，"@"符號在noweb文件中表示一節代碼的結束。"<<*>>"符號表示“根”，即最上層節點，文學編程工具要從這里展開宏組成的網。實際上，擴展的源代碼可通過任何節和小節（即標為"<<代碼塊名>>="的代碼）寫出來，所以一個文學程序文件可包括多個機器源代碼文件。

wc的目的是對多個文件中的行、單詞和字母計數。文件中的行數是......../更多解釋/ 這里是由noweb程序wc.nw定義的文件wc.c的概述：     <<*>>=    <<包含頭文件>>    <<定義>>    <<全局變量>>    <<函數>>    <<主程序>>    @ 我們必須包含標準輸入輸出定義，因為我們想發送格式化的輸出到stdout和stderr上。    <<包含頭文件>>=    #include <stdio.h>    @

Note also that the unraveling of the chunks can be done in any place in the literate program text file, not necessarily in the order they are sequenced in the enclosing chunk, but as is demanded by the logic reflected in the explanatory text that envelops the whole program.

作為網的程序 - 宏不只是節的名字

宏和標準文檔中的“節名”不同。文學編程的宏能隱藏任何代碼塊，并且被用于任何低層次的機器語言操作符內，常常在如"if", "while"或 "case"這樣的邏輯操作符內。這會在下面這段文學程序wc的代碼片斷中解釋。

 這里的代碼塊做了計數的工作，這正是wc存在的目的，實際上非常容易寫。我們察看每一個字母并且如果它是一個單詞的開始或結束，則會更改狀態。     <<掃描文件>>=    while (1) {      <<Fill buffer if it is empty; break at end of file>>      c = *ptr++;      if (c > ' ' && c < 0177) {        /* visible ASCII codes */        if (!in_word) {          word_count++;          in_word = 1;        }        continue;      }      if (c == '') line_count++;      else if (c != ' ' && c != '\t') continue;      in_word = 0;        /* c is newline, space, or tab */    }    @

實際上，宏能代表任意的代碼塊和其它宏，并且因此比自頂向下或自底向上的代碼塊或小節更通用。高德納說當他意識到這一點后，他開始把程序想成不同部分組成的“網”。

人的邏輯順序，而不是編譯器的

在noweb文學程序中，除了可以任意順序展現代碼外，宏背后的代碼塊，一旦由"<<...>>="引入，可以在文件后面的任何一個地方通過簡單地寫"<<代碼塊名>>="進行擴充并且往里添加更多的內容，如下面這個代碼片斷所示（"+"為了可讀性而被文檔格式化器所添加，它并不在代碼中）。

The grand totals must be initialized to zero at the beginning of the program. If we made these variables local to main, we would have to do this initialization explicitly; however, C globals are automatically zeroed. (Or rather,``statically zeroed.'' (Get it?)      <<Global variables>>+=    long tot_word_count, tot_line_count,          tot_char_count;      /* total number of words, lines, chars */    @

記錄思想碰撞的火花，創建出類拔萃的文檔

文學編程的文檔作為寫程序的一部分而產生。Instead of comments provided as side notes to source code a literate program contains the explanation of concepts on each level, with lower level concepts deferred to their appropriate place, which allows for better communication of thought. The snippets of the literate wc above show how an explanation of the program and its source code are interwoven. Such exposition of ideas creates the flow of thought that is like a literary work. Knuth famously wrote a "novel" which explains the code of the computer strategy game Colossal Cave Adventure, perfectly readable.

第一個發布的文學編程環境是WEB，由高德納于1981年為他的TeX排版系統而引入。它使用Pascal作為其基礎編程語言，使用TeX作為文檔排版工具。The complete commented TeX source code was published in Knuth's TeX: The program, volume B of his 5-volume Computers and Typesetting. Knuth had privately used a literate programming system called DOC as early as 1979. He was inspired by the ideas of Pierre-Arnoul de Marneffe. The free CWEB, written by Knuth and Silvio Levy, is WEB adapted for C and C++, runs on most operating systems and can produce TeX and PDF documentation.

其它的文學編程概念的實現有noweb和FunnelWeb，它們都是源代碼獨立的。Noweb以其簡單而知名：just 2 text markup conventions and 2 tool invocations are needed to use it, and it allows for text formatting in HTML rather than going through the TeX system. FunnelWeb is another program without dependency on TeX which can produce HTML documentation output. It has more complicated markup (with "@" escaping any FunnelWeb command), but has many more flexible options.

The Leo text editor is an outlining editor which supports optional noweb and CWEB markup. The author of Leo actually mixes two different approaches: first, Leo is an outlining editor, which helps with management of large texts, second, Leo incorporates some of the ideas of literate programming, which in its pure form (i.e. the way it is used by Knuth Web tool and/or tools like "noweb") is possible only with some degree of inventiveness and the use of the editor in a way not exactly envisioned by its author (in modified @root nodes). However this and other extensions (@file nodes) make outline programming and text management successful and easy and in some ways similar to literate programming.

Haskell編程語言對半文學編程有原生支持，其來源于CWEB但用了較簡單的實現。如果想要TeX輸出，你可以寫 a plain LaTeX file where source code is marked by a given surrounding environment; LaTeX can be set up to handle that environment, while the Haskell compiler looks for the right markers to identify Haskell statements to compile, removing the TeX documentation as if they were comments. However, as described above, this is not literate programming in the sense intended by Knuth. Haskell's functional, modular nature makes literate programming directly in the language somewhat easier, but it is not nearly as powerful as one of the a WEB tools where "tangle" can reorganize in arbitrary ways.

下一篇:apache服務器安裝前準備 下一篇 【方向鍵 ( → )下一篇】

上一篇:為什么要全文輸出RSS 上一篇 【方向鍵 ( ← )上一篇】