编程需十年

逛逛书店，你会看到《7天自学Java》等诸如此类的N天或N小时学习Visual Basic、Windows、Internet的书。我用了亚马逊网站的强大搜索（点此），出版年份选92年以后，书名关键词“天”、“自学”、“教你”，然后有248个结果，前78个是计算机类图书，第79个是《30天学孟加拉语》。我用“小时”换下“天”，结果惊人，有多达253本书，其中77本计算机图书，第78是《24小时自学语法句式》。在前200中，96%是计算机的书。

结论就是要么人们急于学习电脑，要么计算机比其他东西学起来要异常简单。没有任何书是关于几天学习贝多芬或量子物理的，甚至连犬类装扮都没有。费雷森（Felleisen）等人在其著作《如何设计程序》中同意这个趋势，因为提到：“坏设计很简单，笨蛋才用21天学，尽管他们还是真傻。”

让我们看看书名如《三日学C++》的意味：

• 学习:三天内你可能没有时间写出有意义的程序，或者从中积累经验。你不可能有时间去跟职业编程者一起去理解在C++环境下的状况。简而言之，你没有充足的时间学很多。所以这本书只能说肤浅的知识。正如亚历山大·波普（Alexander Pope）所言：一知半解乃危殆之事。
• C++:三天内你可能学会C++的句法（如果你已经了解其他的语言），但你还不会使用它。简言之，假如是个Basic程序员，你可能写C++程序是Basic的风格，但你不能理解C++的真实好处。那要点是什么？艾伦·佩里斯(Alan Perlis)曾经说过：“一门不能影响你编程观点的语言不足学。”. 有可能你学了一点点C++(更确切地说是如Javascript或Flash的Flex)，因为你需要一个界面有现成的工具去完成特定的任务。但是你不是学习如何编程，而是学习如何去完成任务。
• 三天:不幸地是，这远远不够，下一部分会详细讲。

十年磨砺编程

研究人员 (Bloom (1985),Bryan & Harter (1899),Hayes (1989),Simmon & Chase (1973)) 得出结论欲在诸多领域达到职业水平需要十年，比如国际象棋，作曲，电报操作，绘画，弹钢琴，游泳，网球以及神经心理学和拓扑学的研究。 关键是精心练习，不只是一遍一遍重复，而是挑战一项恰好超越你能限的事情，尝试并思考你的表现，并自我矫正。然后不断挑战。这并无捷径，4岁的音乐奇才莫扎特用了13年才能创作世界级的音乐。另外，披头士乐队似乎在1964年的埃德·苏利文（Ed Sullivan show）演出中一炮而红，但是他们自从1957年就在利物浦和汉堡的酒吧演出，在取得广泛关注后的早期，第一部重量级作品《佩珀军士》（Sgt. Peppers）发行是在1967年。马尔科姆·格兰德维尔（Malcolm Gladwell）撰文描述了一项针对柏林音乐学院学生的研究，他们被分为尖子，中等和不足三类，并被问到他们练琴的情况：

所以，更确切地说，一万小时，而非十年，是个神奇之数。萨缪尔·约翰逊（Samuel Johnson, 1709-1784） 认为还需更长时间：“卓越乃一生之追求，而非其他。” 乔叟（Chaucer , 1340-1400）抱怨道"the lyf so short, the craft so long to lerne." （生之有限，学也无涯）。希波克拉底（Hippocrates , c. 400BC）因这句话被世人所知："ars longa, vita brevis"（译注：拉丁语，意为“艺无尽，生有涯”），更长的版本是 "Ars longa, vita brevis, occasio praeceps, experimentum periculosum, iudicium difficile"，翻译成英文就是 "Life is short, [the] craft long, opportunity fleeting, experiment treacherous, judgment difficult." （生有涯，艺无尽，机遇瞬逝，践行误导，决断不易），然而在拉丁语中，ars既含艺术，又寓工艺，希腊语原文使用的 "techne" 只表示“技艺”，而非“艺术”。

我的编程成功秘笈是:

• 首先要对编程感冒，你编程你快乐。一定要让它足够有趣，因为你要保持你的兴趣长达十年。
• 与别的编程者交流；阅读别人的代码。这比看任何书或参加培训课都重要。
• 实践。最好的学习乃实践。技术上讲，“编程之化境非通过充裕的实践经验而自然达到，但个人的性能可由专致的努力大力提升。”(p. 366)“最有效率的学习需要明确的目标，适当的难度，知识回馈，并容许重复或修正错误。” (p. 20-21) 《实践认知：日常之思维、数学及文化》（Cognition in Practice: Mind, Mathematics, and Culture in Everyday Life）在这方面可做参考。
• 如果你确想，让其中四年置于大学（或者加上读研院）。这将给你赢得某些工作机会，并与你该领域的深层见解。但如果你不是通过教授学习的类型，你同样可以在工作中习得相似的经验。无论如何，单靠书本远远不足。“计算机科学的学习不会让任何人成为编程专家，真如同学习绘画和色彩理论不会让你成为画家一样” 语出埃里克·莱蒙（Eric Raymond），《新骇客字典》（The New Hacker's Dictionary）的作者。我曾雇过的最优秀的编程者只有高中文凭，他开发过许多伟大软件，有自己的新闻组（news group），通过公司认股赚的钱就让他买下了自己的夜店（nightclub）。
• 和其他程序员一起参与工程。在某些工程中担当最优秀程序员，在其他工程里当最差劲程序员。当你最出色，你要测试你的领导一项工程的能力，并用你的视野来激发他人。当你是老底，学习大手们做什么，以及他们不喜欢做的（因为他们把那些活让给你做）。
• 继续别人的工程。去理解先前程序员写的程序。学习如何理解并解决先前程序员未考虑到的问题。并考虑设计你的程序以便你之后的程序员更容易维护你的代码。
• 至少学六种程序语言。其中包括一种支持类抽象的（Java和C++），一种支持函数抽象的（如Lisp或ML），一种支持语义抽象的（Lisp），一种支援声明规范的（如Prolog或C++模板），还有一种支援协程的（Icon或Scheme），另外一种支持并发的（Sisal）。
• 记住，在“计算机科学”里有“计算机”一词。理解计算机执行你的代码的时候花费的时间，如从内存中取一个字（考虑有无缓存未命中情形），连续从磁盘读字，或者在磁盘中搜寻新位置。(答案见此文附表)
• 参与语言标准化工作。这可能是有关 ANSI C++ 委员会，也可能是决定你编码风格诸如两格或四格缩进。无论如何，你要知道其他人对语言的喜好程度，有时还要想想他们为什么喜欢这样。
• 要知道何时应该立刻脱身于语言标准化之努力。

知道统统这些，只通过书本的学习达到之程度就令人持疑。我的第一个孩子降生的时候，我读了所有的“如何做”（How To）系列书籍，仍然对于育婴是个漫无头绪的新手。30个月后，我第二个孩子出生，我还要温习一下那些书？绝对不，相反，我根据个人经验，结果相当有用，并让我确信我的经验比那些专家们写的上千页文字强。

弗莱德·布鲁克斯（Fred Brooks） 撰文《没有尚方宝剑》（No Silver Bullet，又译“没有银弹”）给出了寻找顶级设计师的三条建议：

1. 尽早系统地识别出顶级设计师。
2. 分配一个负责其发展的生涯导师，认真对待生涯资料。
3. 给予机遇让成长中的设计师互相磨砺。

这里假定有部分人已经有成为伟大设计师的潜质，你所需的就是要诱导他们。艾伦·佩里斯（Alan Perlis）一针见血："谁人都可以学雕刻，要如此，那要教米开朗基罗如何不去干雕刻。对于伟大程序员来讲亦如是。”

所以径直去买那本Java书，你或许发现些许有用的东西。但你不会改变你的未来，或者在24小时内甚至24天，抑或24月成为专才里手。

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参引文献

Bloom, Benjamin (ed.)Developing Talent in Young People, Ballantine, 1985.

Brooks, Fred,No Silver Bullets, IEEE Computer, vol. 20, no. 4, 1987, p. 10-19.

Bryan, W.L. & Harter, N. "Studies on the telegraphic language: The acquisition of a hierarchy of habits.Psychology Review, 1899, 8, 345-375

Hayes, John R.,Complete Problem SolverLawrence Erlbaum, 1989.

Chase, William G. & Simon, Herbert A."Perception in Chess"Cognitive Psychology, 1973, 4, 55-81.

Lave, Jean,Cognition in Practice: Mind, Mathematics, and Culture in Everyday Life, Cambridge University Press, 1988.

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答案

典型操作在个人电脑上的大概运行时间：

普通指令	1/1,000,000,000 sec = 1 nanosec
L1缓存中取字	0.5 nanosec
分支错误预测	5 nanosec
L2缓存中取字	7 nanosec
互斥量上锁/解锁	25 nanosec
主存中取字	100 nanosec
在1Gbps网络发送2KB的信息	20,000 nanosec
从内存中顺次取1MB内容	250,000 nanosec
在新的磁盘位置取内容（搜索）	8,000,000 nanosec
从磁盘顺次读1MB内容	20,000,000 nanosec
信息在美国到欧洲一个来回	150 milliseconds = 150,000,000 nanosec

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附录：语言甄选

有人问先学那种语言合适。这里有一个答案，但要考虑下述几点：

• 参照朋友. 当被问及“我该用哪个系统，Windows、Unix还是Mac？”我的回答总会是“你朋友用啥你用啥。” 好处就是避免操作系统间的本质不同，或者说程序语言间的不同。而且想下你未来的朋友：你将参与的编程社区。你选用的编程语言的社区正在壮大或正在消亡？有没有书，网站或者在线论坛可以获取答案？你喜欢这些论坛上的人么？
• 要简单. C++和Java是给那些大型团队经验丰富的职业开发者而设计的，他们关注其代码的运行时效率。结果就是，这些语言为达此目的部件变得繁杂。你要考虑你在学习如何编程。你不需那么复杂。 你要学习的是一个简单易学，对于一个新手合适的语言。
• 尽兴.你喜欢怎么学弹钢琴：正常的，交互式的，那种敲一下听一个音的，还是“批量”模式，显然，交互式让学习变得简单，同样适用于编程。扣住一门语言，交互式学习，并使用它。

有了这些基准，我的建议是你要学的第一门语言是Python或者Scheme. 但是你的情况可能不同，选择也多多。如果你的年龄还是个位数，你可能更喜欢Alice或者Squeak(年龄大的一些人也可能喜欢哦). 重要的是选择一种并开始学习。

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附录：书目和其他资源

也有人问应该从何学起，看哪些书哪些网站。我反复讲“只读书远远不够”，但我还是推荐一些：

• Scheme:《计算机程序的结构和阐述》（Structure and Interpretation of Computer Programs (Abelson & Sussman)）或许是导论中最好的。确实给程序员教许多计算机科学理论。有相关的在线视频（online videos of lectures），以及完整的教材（complete text online）。这本书很有挑战性，可能把一些不适合这个方法的人剔除掉。
• Scheme:《如何进行程序设计》（How to Design Programs (Felleisenet al.)）是优雅和高效编程的杰出作品。
• Python:《Python编程：计算机科学导论》(Python Programming: An Intro to CS (Zelle))是基于Python的优秀绍介书。
• Python:Python.org网站的一些教程（tutorials）。
• Oz:《计算机编程的概念技巧和模型》Concepts, Techniques, and Models of Computer Programming (Van Roy & Haridi)被一些人认为是Abelson & Sussman当前的继任者。它引你导览编程的经典观念，比Abelson & Sussman涵盖更广，更易于阅读。它使用了叫Oz的语言，这不为人知，但是作为学习其他语言的基础。