# 什么是程序

#### 鱼和渔 (Declarative Knowledge and Imperative Knowledge)

Declarative Knowledge 是指正确的知识，而 Imperative Knowledge 指的是能够获取一类 Declarative Knowledge 的步骤。这与我们的俗语 “授人以鱼不如授人以渔” 中的鱼和渔暗合。再举一例，小学时背诵的乘法口诀表，就是 Declarative Knowledge，它让我们熟记 81 种一位数乘法的结果；而小学学习的乘法竖式计算法，就是 Imperative Knowledge，它让我们拥有计算任意整数之间的乘法结果。我们的记忆有限，无法在脑海中记诵无穷多种整数相乘的结果，但 Imperative Knowledge 能够让我们按需产生 Declarative Knowledge，简直完美。讲了这么多，其实就是想引出：

**Imperative Knowledge, 即获取一类 Declarative Knowldge 的步骤，被称为程序 — procedure；而计算机内部实际按照程序执行的步骤，成为进程 — process。**

#### 描述程序 (计算机语言) 的要素

我们用自然语言与人交流，与计算机交流同样需要语言。对比自然语言，计算机语言拥有以下构成要素：

1. 词典 (vocabulary)：对应汉语字词，英语单词，计算机语言通常也有一定的保留词语 (reserved keywords)，比如：int, double, char, boolean 等等，这些词语是我们描述程序的基础。
2. 语法 (syntax)：有了汉语字词，但如果我们随意拼接这些字词，就无法准确描述意图，如：吗思意我懂你。词典中的字词按一定**方法**组合起来，才能有效表明意图，这里的方法即指为**语法**。
3. 语义 (semantics)：语义指的是在解释程序时的一套规则，语义层在合乎语法的程序与最终程序的执行方法之间。

#### 描述程序的目的

描述程序的真实目的是**控制大型系统的复杂性**。为了要达到这个目的，通常我们会递归地重复下面的过程：

1. 创建一些语言的原始元素 (primitives) — 简单的数据和程序 (simple data and sinple procedures)
2. 创建组合语言元素的方法 (means of combination)
3. 创建抽象语言元素的规则 (means of abstraction) — 把利用原始元素构造出来的语言元素看作是新的原始元素，忽略其内部细节，以此为基础继续构造更抽象的语言元素。

为什么通过这种方式可以帮助我们实现控制大型系统的复杂性呢？

我们以烹饪为例，如果让一个厨师回到远古时代，没有油盐酱醋，那么他可能需要掌握：

* 生火技术
* 植物油提取技术
* 晒盐技术
* 黄豆种植及酱油提取技术
* 大米种植及醋的酿造技术

如果烹饪是一个大型系统，以上这些技术就是原始元素，而对应的 火、油、盐、酱、醋则是这些原始元素抽象出来的高级原始元素，当这些元素被抽象出来后，厨师就可以只需要掌握如何利用这些高级原始元素进行烹饪的技术，减少他所需掌握的技术以及工作量。而常人就可以使用抽象程度更高的老干妈，甚至酸菜鱼酱料包等等元素，轻松烹饪复杂菜品。

#### 控制系统复杂性的工具

1. 抽象 (Abstraction)：利用简单元素构建复杂元素，同时对使用者隐藏背后的实现细节。
2. 标准接口 (Conventional interfaces) 和编程范式 (Programming paradigms)：二者为我们提供将不同组件结合起来的方式。
3. 元语言抽象 (Meta-linguistic abstraction)：为特定问题设计新的语言。

**有了可以执行的程序还需要有实体真正去执行，它就是计算机。那程序与计算机之间是如何沟通呢？**

#### 从比特 (bit) 到原始对象 (primitive objects)

要与计算机交流，我们需要知道如何表达信息 (information representation) — 数字和符号。

**数字表达**

计算机通过区分高低电压来表达基本信息，因此表达数字最原始的方法就是使用二进制变量，0或1，这个变量可以表达 1 比特信息。通过将比特组合成字节 (byte) 和字 (word)，我们可以表达更大的数字。通过符号位，我们可以表达正负数，通过指数位，我们可以表达小数。

**符号表达**

我们不仅可以使用比特的组合表达数字，也可以用它们来编码符号。

尽管我们可以仅仅依靠比特来表达程序，但这种方式像结绳计数一般过于低级，严重降低表达效率，因此我们需要**抽象**的帮助 — 假设我们已经拥有一些原始对象 （基本数据结构），以及对这些对象的一些基本操作，然后利用它们来构造表达程序。它们一般包括：数字 (Numbers)、字符 (Characters) 和布尔 (Booleans)。

#### Scheme 表达式的评价规则 (Rules for evaluation)

1. 自评价 (self-evaluating) 表达式：返回自评价值
2. 名字 (name) 表达式：返回环境中与之绑定的值
3. 特殊形式 (special form) 表达式：依照特殊规则进行评价
4. 组合 (combination) 表达式:
   * 评价所有子表达式 （顺序不定)
   * 对子表达式评价结果执行操作后返回结果

#### 参考

[Youtube: MIT6.001-SICP-2004-lecture-1](https://www.youtube.com/watch?v=FIUJd_ZFmGo\&t=2s\&list=PL7BcsI5ueSNFPCEisbaoQ0kXIDX9rR5FF\&index=1)

[MIT6.006-SICP-2005-lecture-notes-1](https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-001-structure-and-interpretation-of-computer-programs-spring-2005/lecture-notes/lecture1webhand.pdf)