Изучите все языки программирования

Когда я был ещё первокурсником, то познакомился с другим студентом, который утверждал, что может писать код на любом языке программирования, который я смогу назвать. Я был несколько шокирован и ответил подначкой:

— Что, даже на том нечитаемом эзотерическом языке, где есть всего пара команд, которые едва-едва симулируют машину Тьюринга?
— Да, этот язык называется brainfuck. Я знаю brainfuck.

И это был не трюк — мы проверили. Я называл известный мне язык программирования, он тратил пару минут в Интернете на то, чтобы освежить свои знания по нему — и был способен писать на этом языке работающие алгоритмы. Я никак не мог понять этого. Ему, как и мне, было тогда около 18 лет — как он мог в этом возрасте знать все эти языки?


Интерпретатор brainfuck, написанный на brainfuck

Сегодня у меня всё ещё вызывает уважение та демонстрация умений моего однокурсника, но я уже не шокирован ею. После того, как я сам выучил уже не один язык программирования, мне стало понятно, что отличаются друг от друга они значительно меньше, чем того можно было бы ожидать. На каком-то этапе обучения я уже обращал внимание не столько на синтаксис языка программирования, сколько на лежащие в его основе идеи, модель памяти, принципы выполнения инструкций. Всё это можно назвать теорией языков программирования, с точки зрения которой разные языки просто реализуют несколько различные версии одних и тех же базовых идей.

Сегодня я советую своим студентам «постараться изучить все языки программирования». Подумайте сами — ведь эта идея лучше, чем все вот эти «В этом году я выучу Go! Ой, нет, теперь говорят что в моде Rust — выучу лучше Rust! Или Swift ...». Просто выучите все — не ошибётесь. А эта статья, возможно, вам в этом немного поможет.

И сразу — отказ от ответственности :)

• Я ни разу не говорю о том, что нужно действительно изучить 500+ (или сколько там сейчас актуальных?) языков программирования. Я говорю о том, что нужно понимать основные парадигмы и реализации паттернов, что даст вам возможность понимать почти любые конструкции в почти любом языке. А забывшееся ключевое слово или функцию из стандартной библиотеки всегда можно подсмотреть в документации
• Это не пятиминутное дело. Возможно, вы далеко продвинетесь на этом пути за какой-то год. Но, знаете, вполне может уйти и десятилетие
• Придётся изучить некоторые уже устаревшие или ещё не вошедшие в моду концепции
• В зависимости от вашей основной работы (или жизненных целей) всё это может вам совершенно никогда не пригодиться

Тогда зачем этим заниматься?

Если вы видите какую-то значительную часть своей карьеры связанной с написанием программного обеспечения, то вам неплохо бы быть знакомым с языками программирования:

• Даже не выбирая каких-то определённых языков программирования (или выбрав всего один) через пару лет работы программистом вы обнаружите, что уже писали (или читали) код на нескольких языках. Так почему-то случается всегда
• Вы обнаружите, что имея знания о нескольких языках программирования, вам захочется каждый раз иметь возможность выбирать один из них для решения тех или иных задач
• Языки программирования расцветают и устаревают. Знания нескольких из них дают вам возможность оставаться на острие прогресса, иметь доступ к более интересным проектам или хорошим компаниям
• Многие важные проекты требуют фундаментального понимания работы компиляторов и знания нескольких языков программирования. Это реализации средств разработки, стандартных библиотек, предметно-ориентированные языки, IDE, браузеры, базы данных, средства статического анализа, и т.д.

Лично мне очень важным кажется именно последний пункт. Ras Bodik хорошо подчеркнул этот момент в своей лекции студентам Беркли, когда объяснял важность изучения курса разработки компиляторов:

Не будьте разработчиками шаблонного ширпотребного софта. Вместо этого, постарайтесь разрабатывать новые инструменты для пользователей и других программистов. Если провести историческую аналогию, то кем бы вам больше хотелось быть: работником за ткацким станком, ежедневно выполняющим рутинные операции или разработчиком новых моделей таких станков?

Шаг номер 0: перестаньте называться себя «программист на Rails (подставьте свой языкплатформу)»

Это простой, но важный шаг. Да, у вас наверняка уже есть какая-то специализация и вы, возможно, гордитесь ею и продолжаете её совершенствовать — это хорошо. Но в то же время такая самоидентификация создаёт ментальный барьер в вашей голове. Каждая новая технология, каждый новый язык воспринимается с оттенком скепсиса или критики, а возможно и пренебрежения — и это уже плохо. Начните называть себя просто «инженер по разработке программного обеспечения» или «программист».

Примером может быть Alex Gaynor — большой специалист по Python, один из Core Developers таких вещей как Django и PyPy, член совета директоров Python Software Foundation. Но однажды его попросил о помощи United States Digital Service — и Алекс провёл несколько лет в проектах на ASP (даже не на ASP.NET, а на том, старом ASP). А знаете, почему? Потому, что он — «инженер по разработке программного обеспечения», а не «Python-разработчик».

Шаг номер 1: перейдите на мета-уровень

Есть такой старый анекдот о том, как прикладной физик случайно попал на конференцию теоретических физиков. Он обратился к одному из докладчиков и спросил, как ему вообще удаётся думать о всех этих вещах, происходящих в 11 измерениях? Теоретический физик ответил: «О, это просто. Просто представь N измерений, а потом зафиксируй N равным 11».

Хороший программист может использовать тот же трюк. Вы можете слушать все эти россказни маркетологов о том, что «Go — это новый и амбициозный язык программирования», а можете просто определить его для себя, как компилируемый статически типизируемый язык со сборщиком мусора и CSP-стилем конкурентности. Swift может быть «новым и тщательно спроектированным» ну или просто компилируемым мультипарадигменным языком общего назначения реализованным на базе LLVM.

Для тех, кто никогда не имел возможности пройти курс изучения компиляторов, я могу посоветовать несколько отличных книг и онлайн-материалов. Во-первых, это курс от Alex Aiken, который когда-то был доступен на Coursera, а теперь — на собственной платформе Стенфорда (Lagunita). Неплох и курс от Беркли — CS164. Правда, они перестали публиковать в открытом доступе его обновления, но материалы 2012 вроде бы ещё доступны.

Каноническая настольная книга о компиляторах: «Compilers: Principles, Techniques & Tools». Она же — Книга Дракона. Как и все книги такого уровня, она имеет как неистовых фанов, так и непримиримых критиков. Лично я считаю её отличным материалом, но будьте готовым к тому, что некоторые её части придётся перечитывать не один раз до полного понимания. Есть более простая и направленная на практиков книга — это Language Implementation Patterns. Если ваш интерес ограничен какой-то конкретной практической задачей небольшого масштаба (вроде написания предметно-ориентированного языка), то эта книга подойдёт лучше, чем классическая Книга Дракона.


Книга Дракона

Шаг номер 2: начните с первоисточников

С хорошим теоретическим базисом будет проще изучать новые языки, но всё же не так легко взять и выучить все 500+ более-менее актуальных сегодня языков программирования. Поэтому начать можно с определения языков, в которых впервые были исследованы и реализованы некоторые принципиально новые идеи. На их основе изучение аналогичных инструментов в более новых языках будет уже тривиальной задачей.

Peter Norvig даёт несколько советов о том, какие парадигмы действительно важны, а также в каких языках они были впервые реализованы:

Выучите хотя бы 5 языков программирования. В ваш багаж знаний должен входить хотя бы один язык с классической абстракцией «классов» (это может быть Java или С++), один функциональный язык (вроде Lisp, ML или Haskell), один язык с поддержкой синтаксической абстракции (вроде Lisp), один язык декларативный язык (Prolog или шаблоны С++), один язык с продвинутой поддержкой параллелизма (Clofure или Go).

Я считаю этот совет отличной базой, но вы можете пойти по этому пути и дальше. Во-первых, я советую вам выучить язык С как можно раньше. Он настолько вездесущ и важен, что его просто нельзя обойти стороной. Кроме того, изучение С сделает намного проще изучение и остальных языков, поскольку ну очень многие из них взяли какие-то идеи или части синтаксиса именно из С.

Я также рекомендую изучить какой-нибудь ассемблер. Это может быть MIPS (если вы хотите потратить меньше времени на обучение) или x86 (если хотите иметь практическую пользу). Это даст вам больше знаний о компьютерной архитектуре и устройстве процессора, чем о языках программирования, но, если в будущем вы захотите написать компилятор, то именно эти знания вам и понадобятся. Возможно, когда-нибудь вместо ассемблера можно будет порекомендовать изучение формата промежуточного кода LLVM.

Peter Norvig рекомендует изучение декларативных языков, но я был бы здесь более конкретным и посоветовал бы изучить язык логического программирования. Это может быть как классический Prolog, так и miniKanren.

В разделе «языков с поддержкой параллелизма» к упомянутым вариантам я бы добавил ещё и CUDA. Это качественно другой масштаб параллелизма, ведь сотни ядер GPU не сравнятся с какими-то 4 ядрами обычных процессоров. Вы не только поймёте лучше устройство GPU, но и заложите для себя хороший фундамент для дальнейшего изучения машинного обучения (там параллелизм и вычисления на GPU очень пригодятся). Но важно понимать, что вам нужны как знания CUDA, так и один из упомянутых языков с параллелизмом для CPU (вроде Go, Clojure или Erlang).

Векторное программирование является ещё одной мощной парадигмой. Norvig зря пропустил языки с его поддержкой, ведь они имеют достаточно конкретное прикладное применение. Классическими примерами могут быть APL/J/K/Q, а также Matlab.

Также есть такая вещь, как узкоспециализированные языки. Иногда создание своего узкоспециализированного языка для каких-то конкретных задач может быть верным решением. Но для того, чтобы решиться на это, нужно изучить конкретные примеры того, когда такой подход оказался успешным. Я советую для этого посмотреть на вещи типа Frink.

Возможно, меня уже несколько понесло, но так трудно остановиться, когда вокруг столько всего вкусного! Кто-то скажет, что нельзя пропустить изучение Forth, чтобы понять стековые языки (хотя мне кажется работу стеков можно понять и в других языках). Кто-то скажет, что я упустил очень важный язык Х или целую категорию языков Y — и это будет правдой, ведь их немало.

Шаг номер 3: практикуйтесь

Достаточно просто составить список языков, которые вы планируете изучить. Но вот действительно взять и изучить — займёт какое-то время. Если вам повезёт, то какие-то из них вы сможете применить в своей основной работе. Но даже если этого не произойдёт, вы должны стараться сами найти способ изучить новый язык не только с теоретической, но и с практической точки зрения. Без теории прогресс будет медленным, но без практики вы вообще застрянете.

Хорошим способом начать изучение нового языка будет прочесть короткую выжимку на Hyperpolyglot или Learn X in Y Minutes. Это даст приблизительное понимание ключевых идей языка и уберёт страх перед незнакомым синтаксисом. Если вы уже знакомы с каким-то похожим языком, то Hyperpolyglot имеет очень удобную функцию сравнения языков — это может на удивление быстро продвинуть вас в изучении нового языка.

Другим полезным упражнением будет изучение даже не синтаксиса языка, а документа, в котором описывается мотивация его создателей. Это даст вам понимание того, почему люди вообще тратили своё время и силы на создание этой вещи, какова была их мотивация и может ли она сейчас или в будущем совпасть с вашей. Например, если вы побаиваетесь глубоко изучать С++ или скептически относитесь к некоторым решениям Страуструпа, вам определённо стоит прочесть книгу The Design and Evolution of C++. Большинство других языков программирования тоже имеют в некоторой мере аналогичные публикации.

После этого можно уже почитать книгу по языку или сразу перейти к попыткам написать на нём что-нибудь не очень сложное. Что касается книг, то трудно давать какие-то общие рекомендации, но я бы всё-таки советовал выбирать наиболее устоявшиеся, проверенные годами вещи, написанные для опытных программистов, изучающих новый язык. Такие книги часто написаны самими авторами языка и подчёркивают их основные идеи, в то время как более современные публикации направлены скорее на практическое применение языков в тех или иных сферах.

Наиболее быстрый путь приобщиться к новому языку, по моему мнению, это найти набор небольших задач и постепенно их решать. Хорошим источником может быть Exercism.io. Кроме задач там даже есть тесты, дающие возможность быстро оценить качество вашей реализации. Решение маленьких задач хорошо согласуется с изучением теории и с основной работе над другими проектами.

Как только вы освоитесь с синтаксисом и небольшие задачи уже не будут вызывать у вас проблем, я советую найти большой проект на этом языке. И это должен быть проект именно в той сфере, для которой был создан этот язык. Например, если вы изучаете C или Go — пишите утилиту командной строки с большим количеством системных вызовов. Если изучаете Python или Ruby — попробуйте написать что-то алгоритмическое и не очень требовательное к производительности (ИИ для крестиков ноликов :) ) ну и т.д.

Продолжайте копать

Учитывая количество языков программирования в мире и тот факт, что мы действительно используем даже очень старые языки вроде С, легко сделать вывод, что человечество уже изобрело все необходимые ему языки программирования. Но это очень спорное предположение. Есть очень существенный пробел между тем, что считается возможным запрограммировать и тем, что мы на сегодняшний день уже научились программировать. И проблема не в вычислительных ресурсах — со всеми существующими сегодня аппаратными платформами и облаками у нас есть где погонять код. Проблема именно в наших способах общения с компьютером, с тем, что мы не всегда можем удобно выразить, что же мы хотим получить на выходе программы и как это должно быть рассчитано.

Gerald Jay Sussman обратил внимание на это в его потрясающем докладе We Really Don’t Know How To Compute. Он использует несколько устаревший инструментарий, но и существующие сегодня инструменты не дают нам каких-то качественно иных подходов к решению освещённых им проблем.


Треугольник иллюзий. Человек сразу видит на этом рисунке треугольник, но нужно потратить изрядные усилия, чтобы научить компьютерную программу делать это.

Одним из людей, работающих на передовом крае науки в направлении разработки языков программирования, является Chris Granger, работающий над Eve. Он хочет разработать не только язык, но и весь сопутствующий инструментарий. Язык будет лишь одной из важных компонентов общей платформы. Я не знаю, станет ли его Eve новым поколением мейнстрим-платформ, но верю, что подобный подход, расширяющий и дополняющий язык вспомогательным инструментарием, может стать частью будущего. По крайней мере, это даст возможность лучше объяснить компьютеру, что же мы хотим от него получить. Как уже говорил выше Ras Bodik (и повторил я), мне бы хотелось, чтобы вы были частью этого прогресса. Изучайте все языки программирования, а не один какой-то язык. Понимание основ и принципов позволяет видеть дальше и быть готовым к появлению нового.