编程语言入坑指南
本文先按照理论和应用两方面介绍了编程语言方向的相关概念，而后介绍了清华软院静态分析组研究的内容。最后本文介绍了该方向的科研就业现状，并给学弟学妹们给出一些建议。
作者介绍
我叫孙子平，是：
- 软院五字班本科毕业生
- 软院零字班工学硕士在读
主攻静态分析方向。我的微信ID同GitHub ID，欢迎大家通过微信、邮件私戳，相关联系方式见页面下方名信片。这篇文章大多是原创的个人观点，仅供参考，也欢迎来评论区指正。
编程语言方向简介
早在高中时，我就萌发了一个梦想，希望能参与到知名编程语言的设计中。当时，我认为那是编程领域的圣杯，是一个值得毕生奋斗的目标。进入大三后，我依旧怀揣着这个梦想，只是这个梦想具化为了一个领域，编程语言领域。大家通常简称它为PL（Programming Language）。当时，我找到了Paul Zhu学长。他告诉我软院与PL最相关的方向可能是：
- 周旻老师的静态分析方向；
- 贺飞老师的形式化验证方向。
恰巧当时我很喜欢函数式编程课，讲师理论上是周老师。于是，我联系了周老师，成功入坑静态分析。这门课程后来被取消掉了，也算是很遗憾。
PL主要研究编程语言的设计和实现。它的一方面很理论，包括形式语言与自动机、类型系统；另一方面则偏应用，包括编译器和静态分析。接下来，我讲按这两部分介绍一下PL，希望能够激起有兴趣的人对此的热爱。
PL理论篇
编程语言相关的理论有很多，这里我选取两个较为典型的理论体系：形式语言与自动机，和类型系统。我会更偏重于后者，因为前者是软院已有的课程。
形式语言与自动机
形式语言与自动机是软院大三上的课程。这一系列的理论试图将现实世界中的计算，抽象为一个可以用数学描述的行为，从而进一步描述计算能力和计算复杂度。这些理论发展得非常成熟。到了现代，容易摘得的科研果实基本已被摘取，只剩下一些非常难啃的硬骨头。在这些硬骨头中，最著名的应当是P/NP问题，其难度不言自喻。有趣的是，形式语言与自动机理论也能用于实现编译器的前端。
类型系统
相较而言，类型系统则更能激发我的兴趣。编程语言借助类型检查，可以限制所能进行的操作。根据这种检查发生于编译期还是运行期，类型系统可以分为静态的和动态的。而根据其对隐式类型转换的允许程度，可以将类型系统划分为强类型和弱类型。
类型之间的关系则更为有趣精妙。以下部分大多是个人观点。多态，是指不同类型在同一代码下拥有不同的行为。其目的是提高代码复用能力。面向对象最具吸引力的特性正是多态。相较之下，封装很容易实现，即使实现了也只是“基于对象“，谈不上“面向对象”；而继承的目的则要么是组合（Mixin），要么就是多态。面向对象强调的是动态多态，即在运行时才决定何种行为。类似地，也有静态多态，即在编译期就决定何种行为。例如，二元加法运算符作用于数值类型时表现为加法，作用于字符串类型时表现为拼接，这就是静态多态；函数重载也是静态多态；而类似于C++的模板泛型编程，则是更为强大的静态多态。更多安全的、符合直觉的多态意味着更高效地复用。举个例子，考虑下面的几种操作：
- 拼接字符串数组
- 求整数数组的最小值
- 求二叉搜索树上所有浮点数的积
这些操作都是针对一个可以按某种顺序遍历的容器，将其元素按照某个有单位元且符合结合律的二元操作收集起来。在C语言的时代，人们很难想象这些操作能用统一的代码完成。而借助多态，这种程度的代码复用就成为了现实。例如C++中，你可以用std::accumulate做到上面的所有操作。
| 方法 | 容器 | 元素类型 | 单位元 | 二元操作 |
|---|---|---|---|---|
| 拼接字符串数组 | 数组 | 字符串 | 空字符串 | 拼接 |
| 求整数数组的最小值 | 数组 | 整数 | 最大的整数 | 最小 |
| 求二叉搜索树上所有浮点数的积 | 二叉树 | 浮点数 | 1.0 | 乘 |
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编程语言入坑指南
本文先按照理论和应用两方面介绍了编程语言方向的相关概念，而后介绍了清华软院静态分析组研究的内容。最后本文介绍了该方向的科研就业现状，并给学弟学妹们给出一些建议。
作者介绍
我叫孙子平，是：
- 软院五字班本科毕业生
- 软院零字班工学硕士在读
主攻静态分析方向。我的微信ID同GitHub ID，欢迎大家通过微信、邮件私戳，相关联系方式见页面下方名信片。这篇文章大多是原创的个人观点，仅供参考，也欢迎来评论区指正。
编程语言方向简介
早在高中时，我就萌发了一个梦想，希望能参与到知名编程语言的设计中。当时，我认为那是编程领域的圣杯，是一个值得毕生奋斗的目标。进入大三后，我依旧怀揣着这个梦想，只是这个梦想具化为了一个领域，编程语言领域。大家通常简称它为PL（Programming Language）。当时，我找到了Paul Zhu学长。他告诉我软院与PL最相关的方向可能是：
- 周旻老师的静态分析方向；
- 贺飞老师的形式化验证方向。
恰巧当时我很喜欢函数式编程课，讲师理论上是周老师。于是，我联系了周老师，成功入坑静态分析。这门课程后来被取消掉了，也算是很遗憾。
PL主要研究编程语言的设计和实现。它的一方面很理论，包括形式语言与自动机、类型系统；另一方面则偏应用，包括编译器和静态分析。接下来，我讲按这两部分介绍一下PL，希望能够激起有兴趣的人对此的热爱。
PL理论篇
编程语言相关的理论有很多，这里我选取两个较为典型的理论体系：形式语言与自动机，和类型系统。我会更偏重于后者，因为前者是软院已有的课程。
形式语言与自动机
形式语言与自动机是软院大三上的课程。这一系列的理论试图将现实世界中的计算，抽象为一个可以用数学描述的行为，从而进一步描述计算能力和计算复杂度。这些理论发展得非常成熟。到了现代，容易摘得的科研果实基本已被摘取，只剩下一些非常难啃的硬骨头。在这些硬骨头中，最著名的应当是P/NP问题，其难度不言自喻。有趣的是，形式语言与自动机理论也能用于实现编译器的前端。
类型系统
相较而言，类型系统则更能激发我的兴趣。编程语言借助类型检查，可以限制所能进行的操作。根据这种检查发生于编译期还是运行期，类型系统可以分为静态的和动态的。而根据其对隐式类型转换的允许程度，可以将类型系统划分为强类型和弱类型。
类型之间的关系则更为有趣精妙。以下部分大多是个人观点。多态，是指不同类型在同一代码下拥有不同的行为。其目的是提高代码复用能力。面向对象最具吸引力的特性正是多态。相较之下，封装很容易实现，即使实现了也只是“基于对象“，谈不上“面向对象”；而继承的目的则要么是组合（Mixin），要么就是多态。面向对象强调的是动态多态，即在运行时才决定何种行为。类似地，也有静态多态，即在编译期就决定何种行为。例如，二元加法运算符作用于数值类型时表现为加法，作用于字符串类型时表现为拼接，这就是静态多态；函数重载也是静态多态；而类似于C++的模板泛型编程，则是更为强大的静态多态。更多安全的、符合直觉的多态意味着更高效地复用。举个例子，考虑下面的几种操作：
- 拼接字符串数组
- 求整数数组的最小值
- 求二叉搜索树上所有浮点数的积
这些操作都是针对一个可以按某种顺序遍历的容器，将其元素按照某个有单位元且符合结合律的二元操作收集起来。在C语言的时代，人们很难想象这些操作能用统一的代码完成。而借助多态，这种程度的代码复用就成为了现实。例如C++中，你可以用std::accumulate做到上面的所有操作。
| 方法 | 容器 | 元素类型 | 单位元 | 二元操作 |
|---|---|---|---|---|
| 拼接字符串数组 | 数组 | 字符串 | 空字符串 | 拼接 |
| 求整数数组的最小值 | 数组 | 整数 | 最大的整数 | 最小 |
| 求二叉搜索树上所有浮点数的积 | 二叉树 | 浮点数 | 1.0 | 乘 |
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