微軟正式發(fā)布了一種名為Bosque的全新編程語言。微軟方面介紹說：Bosque是一種超越了結構化編程且沒有循環(huán)的編程語言將極大地提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，提高軟件質量，并使編譯器和開發(fā)人員工具的開發(fā)進入第二個黃金時代。

當?shù)貢r間 4 月 18 日，微軟正式發(fā)布了一種名為 Bosque 的全新編程語言。微軟方面介紹說：Bosque 受 TypeScript 啟發(fā)，是一種超越了結構化編程且沒有循環(huán)的編程語言，他們認為，這種規(guī)范化的編程模型將極大地提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，提高軟件質量，并使編譯器和開發(fā)人員工具的開發(fā)進入第二個黃金時代。

超越結構化編程的“正則化”編程語言

20 世紀 70 年代，結構化編程和抽象數(shù)據(jù)類型的興起代表了編程語言的重大轉變。這些方法代表了從反映底層硬件體系結構附帶特性的編程模型，開始轉向更直接地強調程序員意圖的模型。這種轉變同時使開發(fā)人員更容易地將系統(tǒng)的模型轉換為代碼，且更不易出錯，并開啟了編譯器和 IDE 工具開發(fā)的黃金時代。

21 世紀的今天，微軟推出了一種新的開源編程語言，名為 Bosque，它希望通過包含代數(shù)運算和避免產(chǎn)生復雜性的技術來使得代碼簡化和易于理解。

Bosque 的靈感來自于 TypeScript 的語法和類型以及 ML 和 Node/JavaScript 的語義。它的提出者是微軟計算機科學家 Mark Marron，他將這種語言描述為 超越結構化編程模型 的成果。

自 1968 年計算機科學家 Edsger Dijkstra 發(fā)表題為《Go To Statement Considered Harmful》的論文后，結構化編程范式開始流行起來。在結構化編程范式中，流控制由循環(huán)、條件和子例程管理。

Marron 認為：可以通過消除諸如循環(huán)、可變狀態(tài)和引用相等等復雜性的來源讓編程變得更好。于是 Bosque 誕生了，它代表了一種編程范式，Marron 在他的一篇論文中稱之為“正則化編程”。

Marron 在他的技術論文中解釋說：“這個模型建立在結構化編程和抽象數(shù)據(jù)類型成功的基礎上，它將現(xiàn)有的編程模型簡化為一種正則化的形式，這種形式消除了主要的錯誤來源，簡化了代碼理解和修改，并將許多代碼上的自動化推理任務轉換為瑣碎的命題?！?/p>

Bosque 語言官方論文：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2019/04/beyond_structured_report_v2.pdf

Bosque 語言概覽

那么，Bosque 語言是什么樣子的？下面這個例子或許可以說明：

//Functor (Bosque)

官方 GitHub 中包含更多參考示例：

https://github.com/Microsoft/BosqueLanguage

乍一看，Bosque 的表達方式很像 JavaScript 語言。Marron 說，引用相等（當兩個變量指向內(nèi)存中的同一個對象時）代表了一種可能導致問題的復雜性的例子。

在 Marron 的論文中，他寫道：

基于一系列開發(fā)人員訪談和對分析運行時編譯器開發(fā)的經(jīng)驗研究，我們確定了五個意外復雜性的主要來源，可以通過深思熟慮的語言設計來解決。這些問題是各種 bug 的來源，增加了開發(fā)人員在應用程序中推斷和實現(xiàn)功能所需的工作量，并使自動推斷程序變得非常復雜（甚至不可能實現(xiàn)）。

這五種復雜性來源分別是：

可變的狀態(tài)和框架：在編程語言中引入可變性，破壞了以單調的方式對應用程序進行推理的能力，這種方式迫使程序員 (和任何分析工具) 明確哪些在運算之后仍然為真，哪些就無效了?？勺兇a通過返回值和對參數(shù) (或其他全局狀態(tài)) 的副作用來影響應用程序狀態(tài)的能力也引入了對每個運算的邏輯框架進行推理的需要。

循環(huán)、遞歸和不變量：循環(huán)和遞歸是向推理提出的一項基本挑戰(zhàn)，因為代碼描述了單個步驟的效果，但是要理解完整的構造，需要對一組值上的量化屬性進行泛化。不變量提供了所需的關聯(lián)，但是一般針對它們的計算不可能存在一種通用的技術，甚至在有限的應用中也很難實現(xiàn)。

不確定行為：包括未定義的、未指定的、不確定的或環(huán)境的行為，需要程序員或分析工具來推斷并解釋所有可能的結果。雖然真正未定義的行為，例如未初始化的變量，已經(jīng)從大多數(shù)語言中消失了，但是仍然存在大量未具體明確的行為，例如排序的穩(wěn)定性、映射 / 字典枚舉順序等。這些增加了開發(fā)過程的復雜性，并且隨著時間的推移，逐漸被視為應該消除的負債。

違反數(shù)據(jù)不變原則：編程語言通常為數(shù)組 / 元組中的單個元素或對象 / 記錄中的字段提供訪問和更新的操作符。事實上，這些訪問器 / 更新器是在單個元素的基礎上操作的，這導致程序員在多個步驟上更新對象的狀態(tài)，在此期間，通常不變量在恢復之前會暫時失效。在這種情況下，大量細節(jié)必須予以跟蹤和恢復，這可能會急劇增加發(fā)生錯誤和疏忽的機會。

等式和混疊：編程語言處于數(shù)學和工程學的邊界上。盡管語言語義被表述為一個數(shù)學概念，但也存在一些常見的情況，例如引用相等、按值傳遞 vs. 按引用傳遞，或評估順序，它們通常默認底層是馮·諾伊曼架構，要么是有意為性能考慮，要么是出于習慣或歷史原因。雖然這些選擇看起來微不足道，但是對可理解性有很大的影響——僅僅公開引用相等性就會增加關于混疊關系的推理的復雜性，并使其他體系結構上的編譯變得非常復雜。

Marron 舉了一個例子，譬如為了讓某種方法以單例模式或緩存的形式返回一個新對象，就需要考慮對該方法進行優(yōu)化。但 Marron 表示：“如果這個問題出現(xiàn)在對象具有身份的語言中，這種行為可能會改變程序的結果；然而，在不允許對象標識的 Bosque 中，這種優(yōu)化則是安全的?！?/p>

他引用的另一個例子是各種形式的不確定行為，他說：“在 JavaScript 中，排序函數(shù)不需要是穩(wěn)定的，所以 JS 的 V8 引擎使用了不穩(wěn)定的排序?！?/p>

Marron 進一步解釋道：“從理論上講，這似乎是一件小事，但在實踐中，這意味著每次開發(fā)人員對列表進行排序時，他們必須記住列表是不穩(wěn)定的，并考慮到使用相同排序值重新排序的可能性，譬如 2008 年因為穩(wěn)定性問題被爆出的 Chromium bug 90?！?/p>

Marron 的技術論文探討了 Bosque 試圖解決的編程語言復雜性的潛在來源。但是他說，消除可變狀態(tài)、循環(huán)和引用相等性是三大要素。

他說：“在學術文獻中，強更新、循環(huán)不變量和別名分析等相關問題已經(jīng)被廣泛研究了 30 多年，但仍然是一個巨大的開放問題。通過消除這些特性，以及解決相關問題的需要，許多像符號執(zhí)行這樣的事情可以簡化為概念上的簡單任務?！?/p>

Marron 說，Bosque 的最初目標是構建自動化的零工作量代碼驗證、自動化的 SemVer 檢查和編譯，以使用 SIMD 硬件，如 AVX 或 SSE。他說：“目前，我們只在小的示例上手工完成了這些工作，但從根本上說，在實際實現(xiàn)中似乎沒有任何不可逾越的障礙?！?/p>

未來規(guī)劃

目前，Marron 將 Bosque 視為探索語言設計選擇的一種方式，并通過與學術界和在線開發(fā)人員社區(qū)的協(xié)作，幫助創(chuàng)建諸如驗證器和編譯器之類的自動化開發(fā)工具。

他說：“我們希望用 Bosque 來證明這個領域的各種概念。未來，我們可能會努力將這些想法以某種形式投入生產(chǎn)?！?/p>

目前，Bosque 依賴于一個用 TypeScript 編寫的解釋器，運行在 Node 上。作為參考實現(xiàn)。展望未來，Marron 打算為 WASM 和本地代碼提前實現(xiàn)編譯。他說，在接下來的幾個月里，他將專注于各種 TODO 項目，比如 bug 修復以及開發(fā)支持用這種語言編寫大型程序的功能。

如果 Bosque 在學術實驗之外的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中找到了一席之地，Marron 認為它可能會應用在云或物聯(lián)網(wǎng)領域，因為 Bosque 代碼可以在一個比較小的內(nèi)存中編譯，能夠快速啟動，并且可以通過符號分析驗證其正確性。