Recreating SICP 1:从一个计算器开始
作者：何岩，禁止转载。
0.前言 #
你知道MIT计算机专业的第一门课是什么吗？
那就是SICP(Structure and Interpretation of Computer Programs)
SICP被评为是一本神书。两位作者就像是炼金术士，将自己对计算机科学的真知灼见浓缩在不算厚的SICP之中。
虽然看上去SICP文字不多，但是信息量极大。很多我们常见的争论议题，例如面向对象和面向函数之争，SICP只需要几行文字就能点到本质。看完之后总有一种“原来这个问题的本质是这样！”的恍然大悟。然后才知道，之前的自己只是以为自己懂了。
SICP如此伟大，确少有人读，可谓最被忽略的宝藏。
我将用故事的形式，将其重新开采。
希望通过这个系列，让你可以“看见”SICP的光辉。
故事的主角来自神剧：Rick & Morty
1.Rick & Morty #
Morty家的车库是Rick的工作室。
Rick是全宇宙最聪明的科学家，大部分时间都在这里鼓捣他的发明创造。
Morty是他的外孙，身体总是软绵绵的，和他的智商一样让人觉得不可靠。
木头桌子前，Rick盯着电脑屏幕，用鸡爪一样的双手，敏捷的敲打着键盘。
电脑的另一端连着一个发光的立方体。
Morty指着立方体问：“Hi Rick，这是你的新发明吗？”
“这是我造的小宇宙，它可以像电池一样给我的太空船供电” Rick说
“现在它有点不正常，从外面看不出问题，得进去看看。”Rick拿出两支类似蓝牙耳机的设备：“来Morty，把这个插在耳朵里，用它可以进入小宇宙，它的名字叫做：MI（意识转换器，英文全称：Mind Interpreter）”
Morty看着手中的MI，心想为什么啥事都要拉上我，本来还想看会电视。
两人同时按了一下耳朵上的MI，便失去意识，倒在了地上。
2.BUG来自GC（垃圾回收器） #
Rick和Morty在一家咖啡馆醒来，墙上写着“Recreating Cafe”。
牛头人端着咖啡走过来：“Rick，你可来了！最近这里发生了一些特别可怕的事情。”
牛头人是宇宙联邦的一级通缉犯，为了不连累家庭，五年前自首后被处死了。自首之前，牛头人偷偷找到Rick，说自己还有一个梦想，想做出全宇宙最好喝的咖啡。Rick喜欢喝咖啡，就将他的意识上传到了小宇宙里，从此牛头人便在这里开起了咖啡馆。
“什么可怕的事啊？”Rick接过咖啡，品了一口，“ 嗯！牛头人，你的手艺又进步了！Morty快尝尝全宇宙最好喝的咖啡！”
Morty喝了一口，心想全世界的咖啡不都一个味吗。
牛头人没有等来Morty的赞叹，继续说：“大概一周前，一些人头顶会莫名的冒出一个光环，几天之后，同一个时刻…”牛头人打了个响指，“刷的一下，他们就那么消失了！”
Rick瞪着着眼睛：“就像天使一样的金色光环吗？”
“对！就是那种！“
“Morty！快跑！这里不安全！”Rick按下了MI的退出按钮
Morty紧跟着也做了同样的动作。
三个人面面相觑了几秒钟，结果什么也没有发生……
“R…Rick，MI坏了吗？”Mory问。
“MI没有坏，是小宇宙坏了。”Rick说。
“你可以修好它吗？”Morty问。
“不行，小宇宙的主程序Matrix并没有问题，问题出在辅助程序GC（垃圾回收器，英文全称：Gabage Collection）上，GC清理任何事物之前都会先用光环进行标记。正常情况下只会标记没人用的物品和已经死亡的生命，现在GC疯了，竟然标记起了活人。这真是太可怕了！”
“那你为什么不能修复它呢？”牛头人问
“修复GC必须要回到外面的世界，Matrix和GC是两个独立且平行的程序，他们同时运行在小宇宙这个硬件盒子里。在外面的世界我们可以同时看到他俩，但是现在我们置身其中一个，无法看到另一个。所以现在我无法修复GC。”
“本打算进来找到问题就回到外面的世界修复它，没想到是GC出了问题。GC其实很简单，我都能猜到是哪行代码出了问题。两周前我刚给GC做了升级，因为GC无法进行DEBUG（调试），只能靠脑子推算，看来我还是犯了错误。”
“Rick那么怎么办。我们会死在这里吗？”Morty问。
“也许哦！GC现在是随机清理，但愿下一轮GC不要标记你吧！刺激吧！”
“如果我们死在了Matrix，我们在真实世界的肉体也会死去吗？”
Rick忽然用水果刀划了一下Morty的手背，一道血痕缓缓出现。
“痛！”Morty叫到
Rick说：“此时此刻，你在外面的身体也会产生这道伤口”
“可是，我们现在不是在虚拟世界里吗？”
“你的意念让它成为了真实，身体无法不依赖意识而独自存在”
“牛头人，再给我来一杯咖啡吧，死之前我还想多喝几杯！”
3.那就重新写一个LISP版本的MI吧 #
“你犯的错误，你得修理好！我可不想死在这里！心里没数还要带我来！”Mory说
“你可是全宇宙最聪明的科学家，没有什么是你搞不定的”牛头人说
“没看到我正在思考吗？”Rick盯着脑子里虚幻景象。
忽然，Rick抓起笔，在一张白纸上写起来：
RECREATING.ORG #
( + 1 2)
=>
几秒钟之后，答案“3”自动出现在了末尾处：
RECREATING.ORG #
( + 1 2)
=>
3
“哈哈！有救了！”Rick说。
“怎么回事？”Morty问。
Rick说：“MI之所以不好使了，是因为MI是用Python编程语言写的，所有Python程序都要基于Python解释器才能运行，倒霉的是GC将Matrix里的Pyhton解释器搞坏了。所以，即便MI自身没问题，也无法运行。”
“但是我发现Matrix中的Lisp解释器还能用，还好之前我在Matrix里给自己留了一个后门，只要出现#RECREATING.ORG这行文字，Matrix就会认为到那是一个Lisp文件，并将其传递给Lisp解释器来运行。如果我用Lisp重新写一个MI，我们就可以回到外面的世界了，一但出去，我会马上修复GC，牛头人就安全了。”
“Rick！你真是太帅了！”牛头人说。
“希望GC不要再把Lisp解释器搞坏了。我得抓紧时间了！”Rick说。
“有什么我能帮上忙吗？”牛头人问。
“给我多拿些纸来，这里只能用手写代码了”Rick说。
“难道这个世界没有电脑吗？”Morty问。
“没有，这里的人们更怀念计算机发明之前的日子。所以我将Matrix模拟成了蒸汽时代。”Rick说。
“难道你不能先做出来一个计算机，然后用计算机来写代码吗？”Morty问。
“你是傻瓜吗？我连计算机都没有，我怎么造出一个计算机来？”
Rick把一摞纸放在面前，拿起笔，说：“这感觉太糟糕了，这就像一个厨师没有了刀和锅。”
“那你加油吧！我出去转转，我想去看看蒸汽时代的世界”Morty站起来要走。
“你还真有闲心！你要跟着我写代码，还要搞明白这一切，万一在我写完之前就被GC杀死了，你要继续写完。”Rick说
“可是我不会Lisp啊！虽然学校开了一门教Java的编程课”Mory说
“Lisp是这个世界上最简单的语言，你学过Java已经够了，跟着我，我会给你讲解的，难道你不想活了吗？不要抱着侥幸心理！”Rick说
“好…好吧！”
4.从一个简单的计算器开始 #
“我得想想，当初我是怎么设计的MI”Rick眼珠乱转。
“你不能查看Python版本的MI代码吗？”Morty问
“不能，MI和我们是平行的存在，就像我看不到眼前这只咖啡杯的代码一样”Rick说
Rick想了半天说：“我只能记得大体的设计思路，算了，让我们忘记过去重新开始吧！”
“我们从最基本的地方入手，那就是自然数的运算，从一个简单的计算器开始，然后一步一步，逐步添加更高级的功能，最终达到终点。这可真像是一场徒手攀岩。”
5.后记 #
Rick和Morty明确了自己要做的事，就是重新构建一个MI（意识转换器），首先从一个计算器开始，后面会加入各种复杂的功能，例如有理数的计算，复数的计算，解微积分等。通过构建MI将SICP前三章的精华挂接上来。