编程：是一门艺术

图片来源：accidentally in code

　　1. 引言

"(program(computers) == *art) ? so : what"
“只有大约5%的程序员能够在编写代码时创造出艺术。其他95%一定是为了取得成功的科学家，不是艺术家。”

　　谈及“艺术”，人们自然会联想到“美”、“技艺”、“灵感”等词，但很少会把它和“计算机编程”这听起来似乎无趣的词联系在一起。而Donald Knuth，《计算机编程的艺术》多卷书的作者，通过他的著作，成功地展现了计算机编程的艺术。随后他又在图灵奖演说[1]中对计算机编程的艺术做了科学地论述和诠释。他不是第一个这么做的人，但无疑他是最成功的一个。Guido van Rossum，Python的设计者，如是说：

“我同意Knuth对‘艺术’一词的定义（或使用）。对于我来说，它和创造性联系十分紧密，而这对于我的工作非常重要。如果（计算机编程）其中没有艺术，它将没有任何乐趣，而我也不会在30年之后仍然从事它。”

　　编写优美的程序需要灵感和高超的技巧，就像诗人写诗，画家作画，建筑师构筑，充满了乐趣、挑战和美。优雅的程序会像诗歌一样耐人寻味，像名画那样大开眼界，像教堂一样堂皇华丽。所以，计算机编程也同样是一门艺术，程序员就是创造这种艺术的艺术家。

　　2. 编程之美

　　什么样的程序才是美的程序？这个问题似乎没有完整的答案。一个很酷的Demo或一个很炫的视频游戏都能让我们赞叹不已。Doom和Half Life可以说把3D技术推向了极至，这种程序总能给人一种视觉上的美，就像画家手中的美丽油画，只是程序员们的画布在电脑屏幕上，画笔是键盘。Linux也是一种美，一种开放的美，从Unix那里继承来的优雅的设计，强大的可移植性，丰富的工具，这让它看起来像优秀建筑师们设计的一座富丽堂皇的教堂。这些美是显而易见的。还有一种美，隐藏在程序背后，流动于源代码之中。什么又是美的代码呢？可能它们一看上去就很美。这里有一个惊人的宏定义的C代码集合[2]：允许程序建立常量，使它们看上去像是屏幕上的图形！程序的自描述能力大大加强！

#define X )*2+1
#define _ )*2
#define s ((((((((((((((((0 
static unsigned short stopwatch[] =
{
s _ _ _ _ _ X X X X X _ _ _ X X _ ,
s _ _ _ X X X X X X X X X _ X X X ,
s _ _ X X X _ _ _ _ _ X X X _ X X ,
s _ X X _ _ _ _ _ _ _ _ _ X X _ _ ,
s _ X X _ _ _ _ _ _ _ _ _ X X _ _ ,
s X X _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ X X _ ,
s X X _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ X X _ ,
s X X _ X X X X X _ _ _ _ _ X X _ ,
s X X _ _ _ _ _ X _ _ _ _ _ X X _ ,
s X X _ _ _ _ _ X _ _ _ _ _ X X _ ,
s _ X X _ _ _ _ X _ _ _ _ X X _ _ ,
s _ X X _ _ _ _ X _ _ _ _ X X _ _ ,
s _ _ X X X _ _ _ _ _ X X X _ _ _ ,
s _ _ _ X X X X X X X X X _ _ _ _ ,
s _ _ _ _ _ X X X X X _ _ _ _ _ _ ,
s _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
};

　　这种只能在Usenet或混乱C代码竞赛中才能见到的代码虽然没有多少实际用处，但它的确能让我们感受到代码 —— 一堆有规则的符号 —— 也能创造出视觉上的美。也可能是程序使用的技巧 —— 算法很美，就像汉诺塔程序，快速排序程序，自然而然地使用递归让它们看起来很紧凑，易读，这当然也是一种美，是只有程序员才能体会到的美。还有一种美，深藏在代码之后，是程序的设计思想之美，一种需要领悟的美。Unix带给我们的不仅是它的强大功能，还有它那深邃的设计哲学[3]：

“小巧就是美的。”（Small is beautiful.）
“让每个程序都擅长做一件事。”（Make each program do one thing well. ）
“一切都是文件。”（Everything is a file.）
“沉默是金。”（Silence is golden.）
“让操作系统内核小而轻巧。”（Make operating system kernels small and lightweight.）

　　这些思想在Unix设计中不失为黄金法则。这种美将穿越时空，千古流传，让Unix不仅仅是一个优秀的操作系统，而成为一门计算机领域的哲学。

　　人们都喜欢美的东西，程序员们更是珍视美的程序，我们把那些创造美好程序的人尊称为“黑客”。 Paul Graham认为黑客和画家很相似[4]：

黑客和画家的共同之处是，他们都是创造者。和作曲家，建筑师，作家一样，黑客和画家尝试去做的也是创造好的东西。他们本身并不做研究，但是如果在创造好东西的过程中发现了一些新的技术，那就更好了。

　　好的画家是艺术家，那么好的程序员——黑客——也是艺术家。这也就不难理解为什么很多Unix内核黑客都留着艺术家式的络腮胡了。

　　3. 编程之巧

　　灵巧的程序像含蓄的诗歌，需要仔细领悟，用心去体会，茅塞顿开后方能回味无穷。真乃“会当临绝顶，一览众山小”！同样是求pi，但是只有简单的四行C代码却能打印出pi的前800位的程序定会让我们大开眼界[5]：

int a=10000,b,c=2800,d,e,f[2801],g;
main(){
for(;b-c;)f[b++]=a/5;
for(;d=0,g=c*2;c-=14,printf("%.4d",e+d/a),e=d%a)
for(b=c;d+=f[b]*a,f[b]=d%--g,d/=g--,--b;d*=b);
}

　　黑客们不会墨守陈规，他们不断地创新，寻找更巧的方法来解决同样的问题。曾经流行编写这样一种程序，它能够打印它自己的全部代码。程序员们努力寻找最短的这种程序。这虽然没多大实际用处，但是充满了挑战性，黑客们把这当作乐趣。看看下面的程序[6]是多么怪异。

char *f="char *f= %c%s%c;main(){printf(f,34,f,34,10);} %c";
main(){printf(f,34,f,34,10);}

　　计算机编程吸引人的很大一部分在于它需要高超的技巧，也正是这些技巧才使我们看到了美，从中得到了乐趣。而且，我发现，当限制增加时，技巧将会更高，乐趣也会随之增加。来写这样一段程序，让它在屏幕上打印1~1000之间的数字。这对于一个新手来说也是小菜一碟，一个for 循环就搞定。好，我们加一个限制，不许使用任何循环。这时你得动一番脑筋了，不过你还是会想到用递归可以完成。不错，我们再加一个限制，也不许用递归。这可能把你难住了，你可能会认为不可能有这样的程序，那看看下面的程序吧：

#include <stdio.h>
#define A(x) x;x;x;x;x;x;x;x;x;x;
int main (void)
{
int n = 1;
A(A(A(printf ("%d ", n++))));
return 0;
}

　　既没有用循环，也没有用递归，而是使用了宏！我们常常惊讶于世界各地著名的Warez组织推出的64k的3D动画，那么小的程序，往往有难以想象的效果。它们把64k的限制和汇编的威力运用到了极限，这种技术让人叹为观止。64k似乎并没有限制住其艺术性，反而起了促进作用。并且，当你对系统有足够的了解时，乐趣将会更多。因为你可以使用技巧和系统开玩笑了，欺骗它，作弄它，甚至攻击它。看下面的程序：

void main() {
int x;
x = 0;
x = 1;
printf("%dn",x);
}

　　想一想，如何才能让程序跳过“x=1;”这一句而在屏幕上打印0？如果你对系统堆栈了解的话，你可能会给出类似下面的程序[7]：

void function(int a, int b, int c) {
char buffer1[5];
char buffer2[10];
int *ret;
 
ret = buffer1 + 12;
(*ret) += 8;
}
 
void main() {
int x;
 
x = 0;
function(1,2,3);
x = 1;
printf("%dn",x);
}

　　它利用了调用函数时堆栈的变化，改变函数的返回地址，跳过了“x=1;”这一句而直接执行下面的printf！它成功的欺骗了系统！如果把返回地址改成你预先放置的一段代码的首地址，那么你将会劫持系统，让它运行你的那段代码。如果那段代码足够巧，你将能获得系统的完全控制权！这也是缓冲区溢出的基本原理。我想，这种技巧将会让你兴奋不已，丝毫不亚于陶醉在自己诗里的诗人。我们已经看到：巧妙产生美，并与之形成艺术的雏形。

　　4. 编程之乐

　　计算机给人的乐趣在于，如果你有什么好的想法，你可以马上实验去得到结果。当然，你可能不会立刻得到正确答案，而必须坐下来，盯着电脑屏幕，苦思冥想求解问题的有效方法，通过不断的尝试去验证你的结果。可以通过找到正确的方法，使问题突然消失，也可以换一个角度，突然灵光闪现：原来是这样！

　　编程是对创造力的训练，好的程序员不会循规蹈矩，不会使用平庸的方法去解决问题，而是根据自己的见解去寻找更简单的方法，因为他们能看到隐藏在问题背后的实质。然后他们会写出全新而漂亮的程序去验证他们的方法。“不过还是很难说清楚，闭门苦思冥想地要找到解决某个问题的漂亮答案，为什么竟会有如此巨大的魅力。但是，你要是曾经有过找到更好方法的经历，你就会明白，这简直是无以伦比的感觉。”[8]这种感觉能让我们快乐得像一个孩子，乐不知疲。

　　这种“无以伦比”的感觉，流动在程序员体内，让程序员们为之痴迷，疯狂。而痴迷的程序员从他艺术性的创造中得到了难以言传的乐趣，并让为之上瘾。 Linux之父在他的传记[8]中这样谈及他所体会的编程的乐趣：

编程给人带来最初的兴奋很好解释：那就是通过编程你可以支配一台计算机，你叫计算机做什么，它就做什么，永远准确无误，而且毫无怨言。这本身就很有意思。

它比下棋之类的游戏更有乐趣得多，因为它可以由你自己来制定游戏规则。而你制定什么样的规则，也就会导出与此规则相符合的结果。

在电脑世界中，你就是创世者，你对所发生的一切拥有最终的控制。如果你功力深厚，你可以是上帝——在一个较小的层面上。

　　无疑，乐在其中，外行人永远体会不到，毕竟“子非鱼安知鱼之乐”。无穷无尽的乐趣让程序员们模糊地体会到了作为艺术家的快乐，并且开始享受他们的工作。

　　5. 结论

　　Rob Pike曾悲观地叹息：“那种艺术消失了。”[9]但是，我想当他看到诸如《汇编语言的艺术》和《Unix编程艺术》之类的书时，他也会高兴。这种艺术并没有消失，而且还会流传下去。我们不应该因“为艺术而艺术”而感到不好意思。正如Knuth所言[1]：

“我们已经看到，计算机编程是一门艺术，因为它把积累的知识应用于世界，因为它需要技巧和灵巧，尤其是因为它创造出了美的目标。模糊地意识到自己是一个艺术家的程序员将会享受他所做的工作，而且将会把它做得更好。”

　　或许，我们应该为了“艺术”的圣杯，举起我们的双刃剑打斗一番。但是，比起剑来，我更喜欢犁头，我本人。

　　6. 致谢

　　特别感谢王亚刚老师，他能不厌其烦地阅读此文并给我提出宝贵的意见，没有他的指点我不可能完成这篇论文。

　　参考文献

　　[1]DonaldE. Knuth, Programming As An Art, ACM Turing Award lecture,1974.
　　[2]Peter van der Liden, Expert C Programming,Prentice Hall, 1994.
　　[3]Mike Gancarz, Linux and the UnixPhilosophy, Digital Press, 2003.
　　[4]Paul Graham, Hackersand Painters, O'Reilly, 2004.
　　[5]International Obfuscated CCode Contest, http://www.ioccc.org.
　　[6]Eric S. Raymond, JargonFile, http://catb.org/jargon/html/index.html.
　　[7]Aleph One,Smashing The Stack For Fun And Profit,http://insecure.org/stf/smashstack.html.
　　[8]Linus Torvalds andDavid Diamond, Just for fun, Harper Business, 2001.
　　[9]RobPike,　SystemsSoftware Research Is Irrelevant,http://herpolhode.com/rob/utah2000.pdf, 2000.