【编程史漫谈】goto 时代和结构化编程

| goto 时代

在编程语言发展之初，像 Fortran 一类的语言，继承了汇编语言跳转指令（JMP）的优良传统，提供了"GOTO"关键词。是的，这门技术，好多年轻的程序员并没有见过，也没体验过它的神奇之处。那种一团乱码的风格，很多时候，让人意犹未尽。下面，我们提供一段通过 GOTO 实现 1 到 10 累加的早年 Fortran 代码，来体验一番：

  C     EARLY FORTRAN EXAMPLE WITH GOTO  C		  THIS PROGRAM CALCULATES THE SUM OF 1 TO 10  			PROGRAM SUM10        INTEGER I, SUM          			SUM = 0  			I = 1     10 IF (I .LE. 10) THEN            SUM = SUM + I            I = I + 1            GOTO 10        END IF
				WRITE(*, *) 'THE SUM FROM 1 TO 10 IS: ', SUM 				END

以上代码中，GOTO 语句可以让程序又跳回掉标记了 10 的位置，重新开始执行。而代码整体看来，确实也很严谨，充满了数学的味道。

| 一篇论文的炸弹

这样的日子，骨灰级的大师们，熬了近十个年头。终于，在 1968 年，也就是 57 年前，计算机科学家艾兹格·迪杰斯特拉（Edsger W. Dijkstra）发起了反击。他在美国计算机协会的旗舰刊物《Communications of the ACM》上，发表了著名的文章《Go To Statement Considered Harmful》，中文翻译为《GOTO 语句有害论》。这口气是一点都不客气。他认为，goto 语句的滥用，会导致很难找到一组有意义的“坐标”，来描述程序的执行进度。这使得理解和推理程序，变得异常困难，代码也变得混乱不堪。他也主张，跳转应受到结构化控制语句的约束，而代码也应该用更结构化的方式（顺序、选择、循环）来组织，而不是随心所欲的跳转。于是，一场关于结构化编程的思想革命开始了。

| 旷日持久的争论

论文的发表，很快让计算机界陷入了一场旷日持久的争论中。支持的观点认为，基于结构化的编程，就是用顺序、选择、循环三种控制语句来编程，能使程序的逻辑更清晰，也让程序更易于验证正确性。而且 Corrado Böhm 和 Giuseppe Jacopini 也从理论上证明了，任何程序都可以用这三种基本结构表达出来。而 goto 的大量使用，会极大地破坏程序结构，使其难以理解、调试和维护。所以，应废除 goto 的使用。而反对的观点认为，goto 在特定领域，能产生更高效的机器代码，有着极致的执行效率。而且在有些场景，比如集中进行错误处理和资源清理时，有限且谨慎地使用 goto，反而能让代码逻辑更直接、更清晰。到后来，这更像是一场编程思想之争了。到底是要优先考虑代码的清晰性和可维护性，还是最佳的执行效率？

| 务实的结论

争论在 1974 年有个一个务实的结论。计算机科学家高德纳（Donald Knuth）发表了文章《Structured Programming with go to Statements》。他认为，一刀切地禁止 goto，可能是不明智的。他通过一系列的实际案例证明了，在一些性能至关重要的场景或某些特定算法实现中，只要谨慎且有限地使用 goto，仍可写出结构清晰、高效的代码。当然，他也极力主张，在默认情况下，应使用结构化编程。并提出了那个广为流传的名言：“过早优化是万恶之源”。他认为，程序员 97%的时间，应该集中在编写清晰、正确的代码上。而剩下的 3%的时间，在有实际性能分析的证明下，确定了在一些关键代码上，出现了系统的性能瓶颈了，才应该考虑进行优化。而在这种极致的优化要求中，goto 可能是值得考虑的选项之一。所以，像 C、C++、Go 等语言，其实还是保留了 goto 机制的。目前来看，该作者的观点还是比较客观的。但这场争论其实至今，也还未终结。

| 深远的影响

这场关于结构化编程的革命，中止了代码的混乱局面，几乎奠定了现代编程语言的基础。我们现在能接触到的高级编程语言，几乎无一不是建立在结构化编程思想基础上的。顺序、选择、循环也已成为了各大语言的核心。而结构化的思想，也成为了编程者的基础思维模式，后来也逐渐发展出类似自顶向下设计和模块化等的方法论来。当然，这场革命，对于代码的清晰性和可维护性的考量，也成了我们当今评价代码质量的重要标准，也是编程者核心的价值观。

| 作者的生平

Dijkstra 因该篇文章的发表，成为了计算机史上的标志性人物。当然，他的很多其他成就，也是让人望尘莫及。他在 1956 年，在咖啡馆闲得无聊，花 20 分钟，就搞出了个图最短路径问题的算法，后来被叫做 Dijkstra 算法。他也是 ALGOL 60 编译器的主要设计者之一，并在操作系统和并发编程领域做了很多奠基性的工作。比如，你常听到的“哲学家就餐问题”的死锁解释，就是他提出的。他荣获了 1972 年的图灵奖；也荣获了 2002 年的 PODC 最具影响力论文奖，这个分布式计算领域的最高奖项之一。而这个奖在 2003 年改名为 Dijkstra 奖，已纪念他的杰出贡献。（作者于 2002 年在荷兰纽南因癌症去世。）

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