知名獨立遊戲開發者
Jonathan Blow近日在twitch.tv上發表了一些有關"
為了遊戲製作而生的程式語言"的想法，從9月中開始一共有3個talk，在第三個talk中還給出了他的prototype demo。而後來他還實況live coding了一些prototype feature，令我相當期待日後的發展。
而目前的3個talk，個人認為相當具有可看性，茲以此系列文筆記之。
Talk #1
Motivation
很多人將Jonathan Blow視為Game Designer，但實際上呢，他是Programmer出身，而就算他現在成立了一間遊戲公司，需要做許多商務工作，程式設計依然是他每天主要活動。
而他目前跟許多人一樣，每天最常使用的程式語言是C++，而C++依然是遊戲業界最普遍的語言之一。現在雖然有許多新的程式語言，但是大都缺乏C++的低階與高效能特性，例如指標與記憶體的直接操作，且C++的新規格C++0x/11/14等為C++加入了許多高階語言才有的功能，這些都讓C++在業界中保持良好的動能。
然而，Jon認為C++目前的複雜度已經高到難以接受的程度了，而且以他使用C++0X/14新特性的經驗，發現這些新特性要不是效能有問題，就是使用方式上跟過去的C++ feature有許多不一致的地方，這些都造成Game Programmer日常生活巨大的痛苦，現在是跳離C++這條大船的時候了。
因此，Jon開始了這一系列的Talk，他的目的不是要宣布一個新程式語言開發計畫，而是要開啟遊戲業界對這個問題的關注，並討論可能的改善方法。
Not a Big Agenda Language
Jon認為如果我們要轉換到另一種語言的話，它不能是一個Big Agenda Language。
什麼是Big Agenda?
"Functional EVERYWHERE." (Haskell中槍)
"Buffer overrun should be IMPOSSIBLE." (Rust?)
"EVERYTHING is an object." (Java,C#...)
如果程式語言採用極端且強迫的設計哲學，那有很高的機率會不夠實用，因為現實的世界充滿著各種意外與不一致性，若要強迫使用某一種思維方式去解決所有的問題，必定有極大的困難。
當然這些agenda基本上是好的，但是當我們回顧過去的歷史會發現許多agenda的實用性並未被證明，而在某些領域某些agenda可能永遠不適用。
Alternatives
現在又新又潮的程式語言百百種，我們又何必重新造輪子呢？
Jon認為目前有3個語言有可能是我們的替代方案: Go,D,Rust.但是這三種語言各自都有(對遊戲來說)不適用的理由。
Jon覺得Go作對了很多事情。但是因為
1.有Garbage Collection
對需要高效能的遊戲或遊戲引擎來說，GC是完全無法容忍的。或許現在有Unity這種東西，很多人也用它做出很多賺錢的遊戲，但是這些遊戲的Asset loading通常不高，這就不在Jon所想討論的情形之中。
2.Concurrency Model對遊戲程式來說不適用。
Jon認為Go的Concurrency為了safety作了太多限制，而遊戲程式不需要限制那麼多。
1.GC is optional. Good!
2.Buys too many into C++'s idea.
因為它的走向太像C++了，這是Jon所想避免的。
而目前如果要轉換到D的話，Jon認為並不值得，因為必須porting的部分太多，弊大於利。不過或許10年後情況改變了也不一定。
1.No GC.
2.但是它為了Safety作出過多限制，例如unsafe code必須包含在Unsafe block中，遊戲的Code到處充滿了side effect，如果每次寫之前都要考慮哪些safe哪些unsafe，把unsafe block用unsafe{}包起來，那對遊戲程式設計來說實在太痛苦。
所以上述三種程式語言通通出局XD
Feasibility
等等，但是造一個全新的程式語言，不會太工程浩大了嗎？
It's not that hard.
遊戲業界每年都會推出數款AAA級遊戲，這些遊戲程式每個都是不可思議的複雜，
Jon認為這些遊戲可能都比compiler複雜，如果我們把同等精力與資源投入改善工具，可以大大的改善整個業界的生產力。
更何況現在有LLVM這種東西。要知道做一個新的語言難處不是在Parsing或是Code gen，而是Optimization，而這部分LLVM可以幫助我們。
另外這是一個態度問題，想想當幾年前沒人看好電力車的情況下，Elon Musk都可以在美國建好他的電力車充電網，並讓Tesla公司營運上軌道，別說任何事情是不可能的。這個世界總是需要有人去push the envelope.
How Much Could We Gain?
Jon認為以我們現有的科技應該至少可以提升10% ~20%(相對於C的效能或生產力)
看起來好像不多，但是加上The Joy of Programming==無價。
所謂的The Joy of Programming是說:這個語言不會造成Coding上的摩擦力，你不會覺得要做什麼東西都綁手綁腳的，你會很容易進入
FLOW狀態(零的領域?)，如果這是一個你每天都要用的東西的話，那這點的價值是極大的。
Primary Goal
這個新的程式語言目標是:
Friction reduction
The joy of programming
Performance
Simplicity
Designed for good programmer
前兩項如前一段所述，總之就是這個程式語言必須讓程序員容易揮灑。而且有同等於C等級的機器效能或者人工效能(應該是指類似生產力之類的東西)。
另外這個語言必須要夠簡潔，這邊Jon拋出一個曲線圖來表示生產力隨著程式的複雜程度而下降。
再來，現在很多高階程式語言都是為平均或平均水準以下的programmer設計的，當你有這樣的想法的時候，整個設計哲學就會傾向讓average programmer減少犯錯而設下很多限制，這些限制可能反而造成高手揮灑困難。這就像如果你讓
Chuck Yeager來當你的駕駛員你不會希望他去開客機吧？Yeager就是要開實驗戰鬥機阿!
最後則呼應了前面的"not a big agenda language"，Jon認為實務上，程式語言只需要提供85% solution而不是100% solution。
RAII
接著，Jon發表了一些對C++裡的RAII特性的"個人意見":
RAII是什麼呢？原文是Resource Acquisition Is Initialization.
是一種由C++發展出來而後被用在許多OO程式語言裡的programming paradigm。
依照RAII原則，物件所持有的資源(resource)跟此物件的life-time同生共死。因此，C++裡有Constructor/Destructor，當物件創建時便在constructor中將其相關資源(例如Mesh file、Texture map等)一併初始化，當物件生命週期結束時便在Destructor中釋放其占據的資源。只要每個物件都遵循RAII原則，那對stack上的物件就不會發生Memory leak，更重要的是，C++中有Exception這種功能，如果物件都遵循RAII原則，那就算Exception發生，也不會發生Memory leak。當初RAII的發展就是為了Exception handling而生的一種配套。
這裡還有個問題:"什麼是資源(Resource)?"
一般來說，我們會認為像Memory,File handle,Texture map...等可以稱之為"資源"。但是仔細想想，這些東西本質上是相當不一樣的，在遊戲中我們對三者的操作方式通常是截然不同的，我們會對memory作new,delete,pooling，對File handle讀取檔案內容，parsing，然後關掉file。對Texture map呼叫OPENGL/D3D去改變render state。而RAII試圖強迫我們以同一種抽象去處理這些不一樣的"資源"，帶來的效益並不大。Jon說在整個遊戲的程式碼中處理File或是texture map的code可能只占了1%，那就算沒有RAII，他也不覺得會怎樣。
但是呢，上面提到的三種資源中，有一個跟其他是非常不一樣的:"memory"。
甚至可以說我們程式的本質就是在操縱memory，操縱記憶體是我們90%的時間在做的事。所以，一個好的程式語言最好提供方便我們操縱記憶體的設計，而RAII不但沒有讓記憶體操作更方便，還綁手綁腳的規定我們必須要有constructer/destructor/copy constructer/move constructer/最好還來個"==" operator...etc.
RAII不過是為了解決Exceptionn所造成的問題，這邊Jon的用詞有點重:
Exception is silly.
他認為Exception是C++的feature中最複雜的功能之一。Exception破壞了程式的循序結構，在一段程式碼中，隨時都有可能某個物件拋出某個exception，造成程式skip掉下面整塊程式碼而跳到exception handling的Code，就像舊時代的Goto一樣危險且令程式難以理解。
現在C++社群中認為Exception是有害的並不在少數，
如D語言的發展者之一:
在這個Talk之中說明了大部分C++ Exception所產生的問題，並提出解決方案，雖然Jon認為其解決方案太Overkill。再者，Exception是程式語言發展的包袱，每當你提出一個新Feature，就會有人說:"這樣不行啦，會有Exception。" 程式語言的發展若考慮太多這些並無實質效益的東西，得不償失。而且對Programmer而言，這會造成巨大的阻力，對遊戲開發者來說，我們常常會需要快速實驗一些構想，如果我們連簡單的循序操作都需要把procedure包裝成物件、寫好Constructer,Destructor,copy constructer,考慮exception會如何發生...etc. 人的working memory實在有限，每次都要考慮code在哪種非local情形會跳到哪個block也實在太痛苦。
不是說exception完全不好，而是為了exception我們犧牲了太多。
像Go在這方面就做的不錯，在Go中可以有multiple return value，error code處理比起exception來簡單許多。
Helping with Memory
前面提到了好的程式語言最好提供方便記憶體操作的設計，這段Jon提出了幾種方式，這些方式並未經過驗證，只是Jon覺得可以朝這些方向去思考，大家可以一起來討論激盪出新的火花。
1.Memory ownership notation
首先提出的是以"!"符號代表memory ownership.請看以下幾段Code:
Jon說C++11之後允許這樣的初始方式，不使用Constructor，不需要header file，不會暴露type資訊到其他檔案，也減少了cross referencing，相當簡單好用。
這樣做的問題是:沒有Destructor，其中character_name跟class_name字串可能是allocate在heap上的，沒有destructor如何回收記憶體？
那麼這樣如何？
在char*後面加上"!"(用哪種符號並不重要)，用來表示這個變數擁有這塊記憶體，如果這個變數生命週期結束或被呼叫了delete，就回收這塊空間。如此一來，連destructor都不用寫，簡單的syntax construct就能替代destructor的功用。
當然，這樣做可能遭遇"釋放已釋放記憶體"的bug。試想若有另一個該struct的copy，那當copy destruct的時候不就造成這種bug了嗎？
是的，的確是這樣，也有可能造成dereference已經釋放的記憶體區塊的問題，但是這些問題都可以藉由在程式語言spec中，規範compiler及Debugger必須在compile time或run time回報錯誤及錯誤發生的位置與行數，讓程序員自行解決。目前是有些3rd party工具在做類似的事，但是這些工具大都效能低落，而且因為compiler不知道memory ownership，無法標出造成錯誤的那段程式碼在哪裡，他們只能告訴你0xfeeefeee表示"釋放已釋放記憶體"這種狀況。
在Mesh class中也可以這樣用:
此時，C++粉絲冒出來了:"嘿嘿，這傢伙果然是個蠢蛋，unique_ptr不就是你要的嗎？"
確實unique_ptr解決這個問題，但是template compile很慢，錯誤訊息很難以理解。且站在程式碼美學的觀點來看，許多人會認為unique_ptr有些冗長，更糟的是程式碼的抽象概念改變了: 當我們宣告Vector3 *!時我們所要表達的重點是"Vector3"，unique_ptr *他的type卻是"unique_ptr"，Vector3這個"參數"似乎變成可有可無的東西。唯一性應該是type的一種參數，而非type是唯一性的一個參數，後者是一種奇怪的概念。
接下來這邊講range-checked array，而且在語法上與指標保持一致性，而非像C一樣放在後面。當然這種construct也需支援"!"。
前一個Struct Mesh不太現實，通常game programmer會像上面這樣做。因為Heap allocation很慢很貴，為了避免fragmentation與增加效能通常我們會將一起用到的東西allocate在同一塊連續的記憶體裡。這種寫法太常見了，但是老實說寫起來相當冗長麻煩且易錯。如果語言能提供一種設計讓人標示joint allocation，會非常方便，如下:
上面"@joint"這種markUp就是用來描述這樣的情形，如此一來compiler就能知道positions,indices與uvs必須allocate連在一起。如果compiler夠聰明的話，或許也能幫我們檢查
在保留記憶體空間時是否有一起保留，如最後三行code，如果其中一行沒有執行的話，compile time時就直接報錯。
以上這些Idea是比較主要的幾點，有些可能有點dumb或是trivial，但沒關係，這個talk目的本來就只是開啟後續的討論空間，有些觀點也只是個人經驗，並不是叫大家都相信他。
後面幾點是比較瑣碎的東西，有幾點在Talk #2 /#3有較詳細的討論，這邊我就簡單紀錄如下，詳細討論就留待後續文章。
No God Damn Header Files
Forward declaration，include guard，pragma once...這些東西最好不要出現。
Refactorability
程式語言的語法設計必須要考慮到編輯的方便性，我們在寫程式的時候是常常copy-n-paste的，如果語法沒有一致性，copy-n-paste時就要改很多東西。如C++裡的->跟'.'，當變數是object時你會用後者，此時若copy那段code到另一個function裡若是參數改成傳指標的話，該段code的'.'就必須改成->了，當然C++中我們可以用reference，但是為了兩個本質上相同的東西引進兩種不同概念是不必要的。據說Go在這點上做得很好。
另外C++中function pointer雛形宣告方法太多樣，缺乏一致性，lambda的語法跟一般函數宣告也不相同，這些都造成refactor時的阻力。
這邊在Talk #2中著墨許多，若有興趣請看後面文章。
Concurrency
這邊講到C++ lambda的[] capture對concurrency造成的效應。Jon說這邊他還沒有想很多，實際上在Talk #2後段是講到蠻多的，所以就同前段最後一句。
The program specifies how to build it.
這個特色呢則是Jon認為非常重要而且可改進的地方。
一個程式必須說明如何Build自己。語言的spec規定compiler必須做完所有的事(compiling,linking...)，如此一來你在不同的OS平台都只需要一個compiler跟你的source code，而不需要像現在在Windows上用VC，在Linux上用gcc/g++/clang，也不需要像CMAKE這種cross-build工具的存在。語言的spec必須解決這些問題。
這點在Talk #3 Demo中有相當有趣且強大的展示，有興趣者可以參考影片。
No implicit type conversions
Named argument passing
Less mark-up
Permissive License
Optional Type
No preprocessor or better prepocessor
(以上及Q&A省略)
(To be continued in next article.)
