Часть вторая. Советы будущим программистам

Ленивые детки.

Почему никто не хочет трудиться?

Верный признак начала старения: я начинаю ворчать и жаловаться, что «молодежь теперь не та» и что она не хочет или не может работать с полной отдачей.

Когда я был молодым, я учился программировать на перфокартах. Раз ошибешься — и карта испорчена, начинай все заново. У нас не было этих современных штучек, вроде клавиши Backspace, чтобы исправить ошибку.

С 1991 года на собеседованиях с программистами я обычно позволяю им выбрать для решения моих задачек любой язык программирования, который понравится. Тогда они в 99% случаев выбирали C.

Теперь они предпочитают писать на Java.

Поймите меня правильно: я вовсе не против использования Java в качестве языка реализации.

Пожалуй, стоит пояснить предыдущее высказывание. В контексте настоящего обсуждения я не собираюсь доказывать, что Java как язык реализации обладает недостатками. Эти недостатки многочисленны, но мы поговорим о них как-нибудь в другой раз.

Сейчас я имею в виду вот что: Java в целом недостаточно сложный язык программирования, чтобы позволить отличить замечательного програм-

миста от рядового. Этот язык может прекрасно подойти для каких-то работ, но речь сейчас не о том. Я бы даже сказал, что недостаточная сложность Java — это «фича, а не баг», тем не менее с этим языком связана отмеченная мной проблема.

Это дерзкое утверждение — результат моего наблюдения: две традиционные темы университетского курса программирования — указатели и рекурсия — многим учащимся оказываются не по зубам.

Раньше в колледже сначала читался курс по структурам данных — связанным спискам, хеш-таблицам и прочим типам, широко задействующим указатели. Такие курсы часто использовались для отсева: они были настолько сложны, что тот, кто с ними не справлялся, не мог рассчитывать на получение диплома по вычислительной науке, ибо если для вас слишком сложны указатели, то вряд ли вы одолеете теорию неподвижной точки!

Многие ребята из тех, кто в старших классах успешно писал для своего Apple II программы на BASIC, гоняющие по экрану мячик, записывались на курс «CompSci 101» (структуры данных), но когда дело доходило до указателей, их мозг перегревался, и вскоре они находили себе новую специальность вроде политологии, понимая, что юридический факультет — более удачный выбор. Я изучал статистику отсева среди студентов-кибернетиков -обычно это 40-70%. В университетах это считают потерями, но мне кажется, что отсеивать тех, кому программирование не доставит ни радости, ни успеха, просто необходимо.

Другим трудным начальным курсом для студентов-кибернетиков оказывался курс функционального программирования, в том числе рекурсивного. Очень высокий уровень этих курсов был установлен в MIT ⁶, где имелся обязательный курс (6.001) и учебник «Structure and Interpretation of Computer Programs» ⁷ (Abelson, Sussman) [The MIT Press, 1996]) — десятки, если не сотни лучших факультетов вычислительной техники использовали их как стандартное введение в специальность. (Вы можете — и должны -посмотреть старые варианты этих лекций в Сети.)

Сложность такого курса впечатляет. На первой же лекции вы узнаете достаточно много о Scheme и тут же изучаете функцию с неподвижной точкой, которая принимает на входе другую функцию. Посещая подобный курс CSE 121 в Пенне, я видел, что многим, если не большинству моих од-

нокурсников, он просто не по плечу. Я отправил преподавателю по электронной почте длинное письмо, пытаясь доказать несправедливость такого положения. Должно быть, кто-то в Пенне прислушался ко мне (или к другому жалобщику), потому что сейчас этот курс стали преподавать на Java.

Зря они это сделали.

Тут и зарыта собака. Многолетнее нытье ленивых студентов вроде меня и поступающие с предприятий жалобы на нехватку выпускников-про-граммистов возымели действие, и в последние десять лет многие достойные в прочих отношениях учебные заведения почти повсеместно перешли на Java. Это модно, нравится кадровым агентам, которые оценивают резюме по методу «grep», но, главное, в Java нет сложностей, реально помогающих отсеивать программистов без той части мозга, которая распоряжается указателями и рекурсией, поэтому процент отсева снизился, на факультетах вычислительной техники стало больше студентов и увеличились бюджеты, так что довольны все.

Счастливчики, которых учат на Java, никогда не получат неожиданную ошибку сегментирования памяти, пытаясь реализовать хеш-таблицу, основанную на указателях. Им не придется ломать голову, пытаясь поразрядно упаковать данные. У них не встанут дыбом волосы от того, что в чисто функциональной программе, где значение переменной никогда не меняется, оно, тем не менее, постоянно меняется. Парадокс!

Они смогут получить высший балл по основной специальности и при отсутствии этой части мозга.

Может, я просто старый ворчун — из тех, кто гордится своим упорством, позволившим выбиться в люди несмотря на трудное детство?

Черт возьми, в начале прошлого века обязательными предметами в колледже были латынь и греческий — не потому, что от них было много пользы, а потому что считалось, что образованному человеку положено их знать. В некотором смысле мои аргументы аналогичны тем, которые приводились в пользу изучения латыни. «[Латынь] тренирует ум и память. Разгадывание латинских фраз — отличное упражнение для мышления, настоящий интеллектуальный пазл и хорошая тренировка логики», — пишет Скотт Баркер (Scott Barker,www.promotelatin.org/whylaHn.htm). Но я не знаю ни одного университета, в котором сейчас была бы обязательна латынь. Может быть, указатели и рекурсия — это латынь и греческий вычислительной науки?

Я вполне готов признать, что 90% сегодняшнего кода обходится без указателей, а применять их в производственных программах просто опасно. Все правильно. И собственно функциональное программирование на практике используется не так уж часто. Согласен.

И все же владеть этими предметами необходимо в ряде самых интересных областей программирования. Например, не зная указателей, вы никогда не сможете работать с ядром Linux. Вы не поймете ни строчки кода Linux — да, фактически, любой операционной системы, — если не будете хорошо разбираться в указателях.

Тот, кто не понимает функционального программирования, не смог бы изобрести MapReduce — алгоритм, благодаря которому Google работает с гигантскими объемами данных, размещенных на многочисленных серверах. Термины «Map» и «Reduce» пришли из Lisp и функционального программирования. Понять, как работает MapReduce, может всякий, кто помнит из своего курса 6.001 или аналогичного ему, что у чисто функциональных программ нет побочных эффектов, поэтому их просто распараллеливать. Тот факт, что в Google смогли придумать MapReduce, а в Microsoft -нет, отчасти объясняет, почему Microsoft по-прежнему отстает в своих попытках наладить базовые функции поиска, тогда как Google уже решает новую задачу — построить SkynetˆHˆHˆHˆHˆHˆH, крупнейший в мире суперкомпьютер с массовым параллелизмом. Я не уверен, что в Microsoft в достаточной мере понимают, как сильно они отстали в этом отношении.

А если копнуть чуть глубже, то действительная ценность указателей и рекурсии проявляется в том, что при создании крупных систем требуются гибкость ума, достигаемая в результате их изучения, и умственные способности, позволяющие избежать отсева после курсов, на которых они преподаются. Указатели и рекурсия требуют определенных способностей к рассуждению и абстрактному мышлению, а главное — умения рассматривать проблему на нескольких уровнях абстракции одновременно. Поэтому способность разобраться в указателях и рекурсии непосредственно связана с перспективой стать выдающимся программистом.

Преподавание вычислительных наук только на примере Java не позволяет отсеять студентов, у которых не хватает живости ума, необходимой для работы с данными понятиями. Как работодатель я вижу, что многие обладатели дипломов CS — выпускники заведений с полным обучением на Java — как программисты просто ни на что не способны, кроме как написать очередную бухгалтерскую программу на Java, хотя им и удалось проскочить через эту новую оглупленную систему курсов. Они ни за что не справились бы с 6.001 в MIT или CS 323 в Йеле и, честно говоря, это одна из причин, по которым для меня как работодателя диплом CS из MIT или Йеля «весит» больше, чем диплом CS из Дьюка, где недавно полностью перешли на Java, или из Пенна, где Scheme и ML заменили на Java в том курсе, который когда-то чуть не доконал меня с друзьями, — CSE 121. Это не значит, что я не возьму к себе толковых ребят из Дьюка или Пенна, — возьму, но просто мне будет гораздо труднее оценить их реальные способности. Раньше я определял способных ребят по тому, как они за считанные секунды разбирались в рекурсивном алгоритме или, не задумываясь, писали функцию обработки связанных списков на основе указателей. Но столкнувшись с выпускником Java-колледжа, я не могу понять, чем вызваны его затруднения, — недостатком образования или отсутствием того участка мозга, который необходим для решения сложных задач программирования. Пол Грэм (Paul Graham, www.paulgraham.com/avg.htmt) называет их «дутыми программистами» (blub programmers).

Жаль, что Java-колледжи не отсеивают тех, из кого никогда не получится отличный программист, — хотя подобные заведения и оправдываются тем, что это не их проблема. Производство или, во всяком случае, кадровики, работающие методом «grep», в открытую требуют, чтобы студентов обучали Java.

Кроме того, Java-колледжи не развивают мозг своих студентов, и в результате им не достает ловкости, живости и гибкости ума, требующихся для того, чтобы хорошо проектировать программное обеспечение (я не имею в виду объектно-ориентированное «проектирование», в котором уйма времени уходит на бесконечное перетряхивание иерархии объектов или мучения по поводу надуманных проблем типа «как правильно — has-a или is-a?»). Нужно учиться мыслить одновременно на нескольких уровнях абстракции, и это именно тот тип мышления, который требуется для проектирования выдающихся программных архитектур.

Может ли изучение объектно-ориентированного программирования (ООП) стать адекватной заменой указателям и рекурсии в смысле отсева? Если ответить коротко, то нет. Не касаясь достоинств ООП, просто скажу -оно не настолько сложно, чтобы отсеивать посредственных программистов. Обучение ООП заключается, в основном, в заучивании ряда терминов вроде «инкапсуляции» или «наследования» и тестов с вариантами ответов, где нужно правильно выбрать между полиморфизмом и перегрузкой. Не труднее, чем запомнить несколько дат и имен в курсе истории. Проблема в ООП — это когда ваша программа работает, но ее трудно сопровождать. Якобы. А проблема с указателями — это когда ваша программа выдает ошибку «Segmentation Fault», и у вас нет ни малейшего понятия о том, что случилось, пока вы не сделаете глубокий вдох и не заставите свой мозг работать на двух уровнях абстракции одновременно.

Я неспроста высмеиваю здесь кадровиков, действующих по методу «grep». Я еще не встречал такого программиста, который, зная Scheme, Haskell и указатели C, не смог бы за пару дней разобраться с Java и начать писать на нем программы лучше обладателей пятилетнего опыта работы с Java, — но попробуйте объяснить это типичному зануде из отдела кадров!

Какие же цели ставят перед собой факультеты вычислительных наук? Это же не профессионально-технические училища! Не их дело готовить рядовых работников для отрасли — для этого есть местные колледжи и государственные программы переподготовки для безработных. Университет должен давать студенту фундаментальные знания на всю жизнь, а не готовить его к тому, чтобы найти какую-то работу. Разве не так?

Итак. Вычислительная наука — это доказательства (рекурсия), алгоритмы (рекурсия), языки (лямбда-исчисление), операционные системы (указатели), компиляторы (лямбда-исчисление), откуда следует, что в Java-колледже, где не преподают C и Scheme, фактически не преподают вычислительную науку вообще. В реальном мире могут считать обсасывание понятия функции бесполезным занятием, но очевидно, что это совершенно необходимо для аспирантуры по вычислительной науке. Мне непонятно, как профессора вычислительной науки, составляя учебные планы, позволили программам своих учебных заведений опуститься до такого низкого уровня, когда выпускаются программисты только для производства, а не те, которые смогли бы окончить аспирантуру, получить докторскую степень и когда-нибудь занять их место. Хотя, погодите. Кажется, я понял.

На самом деле, если вспомнить дискуссии, которые велись в академических кругах во времена «Великого перехода на Java», то можно заметить: самым большим опасением было то, что Java — недостаточно простой язык для использования в процессе обучения.

Боже милостивый, подумалось мне, да ведь они хотят еще больше упростить учебные планы! Кормить студентов с ложечки! Пусть вдобавок ассистенты сдают зачеты вместо студентов, и тогда обучение в Америке перестанет кого-либо интересовать. Как можно чему-нибудь научиться, если учебный план тщательно составлен с целью до предела все облегчить? Кажется, есть даже специальная группа, которая должна выделить из Java достаточно простое подмножество, чтобы преподавать его учащимся, и создать упрощенную документацию, скрывающую от неокрепших умов весь этот хлам EJB/J2EE, чтобы они не забивали свои головки разными курсами, которые им не понадобятся для решения все более простых вычислительных задач.

Самый мягкий ответ на вопрос, почему факультеты вычислительных наук так стремятся упростить свои курсы, заключается в предположении, что они надеются выкроить дополнительное время на теоретические понятия, если не придется целых две лекции объяснять студентам разницу между, скажем, Java int и Integer. Если это действительно так, то курс 6.001 -идеальное решение: Scheme — настолько простой учебный язык, что толковые студенты могут целиком освоить его за 10 минут, а оставшуюся часть семестра можно посвятить неподвижным точкам.

Фу.

Возвращаюсь к нулям и единицам.

(Вы изучали единицы? Повезло! У нас были только нули.)

6 MIT — Massachusetts Institute of Technology (Массачусетский технологический институт). — Прим. перев.

7 «Структура и интерпретация компьютерных программ».