尼克劳斯·维尔特的 Pascal 与 Modula：塑造软件工程的简洁之道

为什么维尔特的语言仍然重要

尼克劳斯·维尔特是一位瑞士计算机科学家，他不太追求花哨的特性，而更关心程序员是否能在代码中清晰地思考。他设计了 Pascal，随后又设计 Modula-2，目标很明确：让“正确”的编程方式易学、易读，并且难以被悄然破坏。

这种关注依然重要，因为许多软件失败并非源于功能不够强——而是由复杂性、意图不清，以及难以推理的代码造成的。维尔特的语言旨在推动开发者走向结构化、显式性和有纪律的分解。这些习惯今天随处可见：在代码审查的标准、系统按模块设计的方式，以及我们在速度之外对正确性和可维护性的重视上。

核心思想：能教人的简洁

Pascal 和 Modula 并不是试图满足所有人的所有需求。它们有意受限，让学习者练习：

• 用清晰的控制流写程序（结构化编程）
• 使用强类型在早期捕获错误
• 组织代码使其日后易于被他人理解

以教学目标影响工程结果

因为这些语言在教育中被广泛使用，它们影响了几代开发者。结果并不只是“会 Pascal 的人”，而是会期望编译器帮忙、类型有意义、程序按设计而非仅靠约定可读的人。

本文涵盖内容（适合谁）

本文适合工程师、教育者以及想了解 Pascal/Modula 超越怀旧价值的好奇读者。我们将查看维尔特要解决的问题、他的设计选择、编译器在教学中的角色，以及这些思想在现代软件工程中的回响。

Pascal 要解决的问题

在 Pascal 成为教学主流之前，许多学生通过使程序难以阅读且难以信任的语言和习惯接触编程。代码常依赖全局状态、晦涩约定，以及不可预测跳转的控制流。初学者可能“跑通”了程序，但并不真正理解其工作原理或失败原因。

混乱的控制流，模糊的思维

一个主要痛点是编写纠结逻辑的易性。当程序的执行路径可以不可预测地跳转时，程序员停止逐步推理，开始修补症状。这种风格不仅让学习者挫败，也让团队维护成本高昂。

Pascal 的创建支持结构化编程：用清晰、可嵌套的块（顺序、选择、重复）构建程序，而不是即兴跳转。目标不是限制创造力，而是让代码反映人们讲解解决方案的方式。

可读性作为首要特性

维尔特把可读性当作设计目标，而非附带效果。Pascal 鼓励：

• 显式结构（begin/end 块）
• 有意义的数据定义（类型与记录）
• 可预测的控制流（清晰的循环与条件）

这意味着学生可以通过阅读学习，而不仅仅靠试错。也让教师可以评估理解，而不只是程序输出。

为什么它迅速传播

大学和教科书放大了这些想法。Pascal 足够小可以在课程中教授，足够一致可以纳入清晰的课程体系，并且足够有纪律以奖励良好习惯。一旦在课堂上被采用，它塑造了整整一代人的期望：程序应该能被除原作者之外的人理解——且语言设计可以主动鼓励这一结果。

Pascal 的设计哲学：有目的的简洁

Pascal 的“小”并非偶然。维尔特把它设计为让好习惯变得简单、坏习惯变得不便。与其提供多种表达相同想法的方式，Pascal 更倾向于把你推向单一的、可读的路径——这对初学者和为保持长期可读性而工作的团队都很有帮助。

更少的概念，一致使用

Pascal 的语法紧凑且可预测。语言依赖有限的一组构建块——块、过程/函数和少量核心语句——于是你花更少时间记特殊情况，更多时间学习如何组织程序。

这种一致性重要：当语言在声明、组织与作用域方面只有一种清晰方式时，读者常能推断不熟悉代码的作用，而无需四处寻找隐藏规则。

以学习为先的结构，而非“魔法”特性

Pascal 鼓励显式结构：程序有清晰的开始、结束与中间命名部分。强默认（例如显式变量声明）迫使你在使用前考虑某个实体是否存在以及它的类型。

这减少了“幽灵行为”，即值隐式出现或类型悄然改变的情况——这些特性可能让初期进展看起来更快，但往往随后带来困惑。

可推理的控制流

Pascal 强调清晰的控制结构 —— if、while、for —— 并期望你直接表达逻辑。你可以自上而下阅读一个例程并理解它可能的路径，这支持结构化编程并使调试更系统化。

类型作为安全护栏

在 Pascal 中，类型不是装饰；它们是防止错误的工具。通过把数据的形状显式化，语言有助于及早捕获不匹配，并奖励有纪律的风格：先定义数据，再让编译器强制执行契约。

Pascal 通过设计教会的东西

Pascal 的教学导向并不是因为它掩盖了现实。它是教学导向的因为语言会把你推向在第一次课程之后仍然有用的习惯：清晰结构、刻意命名以及你能当面解释的代码。

块结构与作用域作为思维模型

在 Pascal 中，块（begin ... end）与嵌套作用域使程序结构可见。初学者很快学会“声明在哪里很重要”，局部变量不需要因为方便就变成全局。这个简单规则建立了包含关系的心智模型：过程拥有它的局部数据，其余程序不能随意依赖它。

通过过程与函数进行分解

Pascal 鼓励把工作拆成带显式参数的过程和函数，自然教会了：

• 把“这一步做什么”与“整个程序如何工作”分离
• 小而可测试的逻辑单元
• 输入、处理与输出之间更清晰的边界

随着时间推移，这会变成默认做法：如果某件事难以解释，就把它抽取出来。

防止“神秘行为”的强类型

Pascal 的类型检查减少了歧义。混合不兼容值变得困难而非方便。学习者的即时回报是更少由意外转换或随意假设引起的隐藏错误。

支持维护的声明

Pascal 的可读声明把意图前置：名称、类型与接口早早显式。在日常工程中，这是团队仍在做的权衡——花更多精力清晰定义数据，以换取随后阅读和修改时的安全性。

“以教学为导向”的设计在这里意味着语言奖励细致思考，并把这种细致在代码中可见化。

编译器作为教学工具链的一部分

维尔特并不把编译器视为隐藏的实现细节。对 Pascal（以及后来的 Modula-2）而言，编译器是学习环境的核心部分：它强制规则、解释错误并鼓励学生以清晰的结构思考，而不是靠试错。

通过错误与警告实现纪律

面向教学的编译器不仅仅拒绝错误程序。它会引导学习者养成好习惯：

• 强类型把模糊意图转为显式声明，使不匹配能被及早发现。
• 结构化控制流让“接下来发生什么”清晰，编译器可以标记不可达代码或错误的块结构。
• 清晰的作用域规则减少意外命名冲突，让“这个变量来自哪里？”成为编译器能快速回答的问题。

在课堂上，这种反馈循环很重要：学生学会解读诊断并一步步完善思维，而不是在运行时调试神秘错误。

把构建编译器当作学习练习

维尔特还倡导在教学中让学生构建编译器。一个小而规范的语言使学生在一门课程内构建一个可工作的编译器（或其部分）变得现实可行。这改变了人们对编程语言的理解：你不再把语言看作魔法，而是看到一系列精心选择的权衡。

简洁性带来更快的反馈

简单的语言能启用更简单的编译器。更简单的编译器通常编译快、运行可预测、产生更易理解的错误信息——当学习者在不断迭代时，这点至关重要。这些约束不是单纯的限制；它们把注意力引向分解、命名与正确性。

现代工具的继承

现代 IDE、linters 与持续集成流水线延续了同样的理念：快速、自动化的反馈在教学同时也在强制执行。即便当代工具看起来更复杂，其核心模式仍然是：紧循环、清晰诊断与能塑造习惯的规则——这正是维尔特帮助规范化的教学工具链模式。

Pascal 在实践中的优点与局限

Pascal 并不想成为适用于所有场景的语言。在实践中，它最大的价值体现在用来学习清晰程序结构和清楚表达算法时——不被底层细节分心的场景。

Pascal 适合的场景

Pascal 在你想让代码像精心撰写的计划一样可读时表现出色。其对结构化控制流与显式类型的强调鼓励你思考数据是什么、如何变化、以及在哪儿允许变化。

常见适用场景包括：

• 学习编程基础（变量、控制流、过程/函数）
• 以便于追踪的方式书写与讨论算法
• 在小到中型程序中优先考虑清晰胜过把所有系统特性塞到一个文件中

常见批评

随着项目规模增长，人们常触及语言及其标准工具的边界。与用于操作系统或接近硬件工作的语言相比，Pascal 在标准层面可能显得受限。

典型痛点包括：

• 标准 Pascal 对底层操作的访问有限（在系统编程中很有用）
• 构建非常大的、边界不断演化的程序时摩擦感较强
• 做“安全的事情”有时需要更多样板工作

变体与有节制的扩展

因为 Pascal 被广泛使用，许多实现向不同方向扩展——通常是为支持更好工具链、更快编译或更多语言特性。你可能听到的例子有 UCSD Pascal、Turbo Pascal，以及后来的 Object Pascal 扩展。重要的结论不是哪个变体“胜出”，而是许多团队希望在保持 Pascal 清晰的同时获得更实用的能力。

为什么“简单”有时会显得受限

简洁是设计选择：它减少了解决同一问题的途径数量。这有利于学习与代码审查——但当需求扩展（系统集成、并发、超大代码库）时，较少的内建逃生舱口可能会把团队推向扩展、约定或另选语言。

从 Pascal 到 Modula：在相同理想上的扩展

Pascal 被创建用于教学：鼓励清晰控制流、强类型与可读程序，这些都能在学生脑中成形。但当这些学生开始构建真实工具——编辑器、编译器、操作系统组件时，“教学语言”的边界就显现了。大型程序需要比“一个大程序加过程”更清晰的结构，团队需要划分工作以免互相踩踏。

为什么维尔特超越教学语言

维尔特从 Pascal 转向 Modula 并非放弃简洁，而是试图在软件规模增长时保持简洁。目标从“帮助某人学会编程”变为“帮助人们在不失控复杂性的情况下构建系统”。

关键转变：模块作为一级组织单元

Modula 的核心思想是模块：一个命名的单元，用来将相关数据与操作分组。与其依赖约定（“这些过程属于同一组”），语言直接支持这种组织。

这很重要，因为结构成为程序形状的一部分，而不仅是文档。读者可以把系统理解为一组有职责的组件，而不是一长串无关联函数。

接口与实现：教学与扩展并重

Modula 将模块的接口（承诺）与实现形式化。对学习者而言，这教会了一个强有力的习惯：通过契约使用组件，而不是去探底它的内部。

对大型代码库而言，它也支持变更：你可以改进模块内部——优化、调整数据结构、修复错误——而不迫使其他人重写代码。

模块化支持团队协作

当模块定义边界时，协作更容易。团队可以就接口达成一致、并行工作、在更小的单元中审查变更，并减少意外耦合。实际上，这就是维尔特的原始理想（清晰、纪律、有目标的简洁）如何从课堂练习扩展到严肃系统的方式。

Modula-2 与模块化设计的理由

Pascal 教会了在单个程序内部的清晰。Modula-2 加上了下一课：程序各部分之间的清晰。维尔特的赌注很简单——大多数软件问题并非通过更聪明的单条语句解决，而是通过组织代码使人们能够随时间安全地工作来解决。

什么是“模块”（无需行话）

模块就是一个命名的代码盒子，负责特定工作——比如“读取配置”或“与打印机通信”。关键点是程序的其他部分不需要知道模块如何完成工作，只需知道它能做什么。

封装：隐藏细节以防止误用

Modula-2 鼓励区分模块的公共表面与私人内部。这种“隐藏”不是保密，而是保护。当内部数据结构为私有时，其他代码无法以惊讶的方式去更改它们，从而减少了由意外副作用产生的错误。

接口作为支持重构的契约

Modula-2 的定义模块像契约：列出模块承诺提供的过程与类型。如果你保持这个契约稳定，就能在不迫使全局改动的前提下重写实现模块——这就是有护栏的重构。

从模块到现代包管理

如果你用过 Go 的 packages、Rust 的 crates、C# 的命名空间或 Python 的库，你都能感受到相同的模块化思维：清晰边界、导出 API、把内部细节保持为内部。

早期教模块化，而不是事后补救

很多开发者是在与大代码库搏斗后才学会结构。Modula-2 的主张相反：从一开始就教边界，这样“这段代码该放哪里？”会成为一种习惯，而不是事后的救急方案。

安全性与并发：谨慎的能力，而非复杂性堆砌

并发是“简单语言”常被诱导堆砌特性的地方：线程、锁、原子操作、内存模型以及一长串边界情况。维尔特的直觉是相反的——提供小而显式的机制，教会协调而不是把每个程序变成同步难题。

简单、显式的并发思想（高层）

Modula-2 就是这种克制的好例子。它并不以抢占式线程为中心，而是提供了 coroutines：一种协作式任务结构，控制在任务间有意识地转移。重点不是原始并行速度，而是清晰性。你可以展示“两项活动”按步骤推进，而不会在第一堂课就引入时序惊喜。

与协程并存的还有维尔特熟悉的安全工具：强类型、显式接口与模块边界。这些不会神奇地阻止竞态条件，但确实能防止许多意外复杂性——比如把错误类型的数据传到组件间，或让内部状态泄露到不该去的地方。

把安全协调作为教学会影响后续思考

当把并发当作“有规则的协调”而不是“到处加锁直到不出错”来教学时，学生会学到能直接迁移到真实系统的习惯：定义职责、隔离状态、把交互显式化。这种思维预示了后来的最佳实践——结构化并发、actor 风格消息传递以及“拥有你所修改的数据”。

小原语、清晰规则 → 更可靠的工程

反复出现的模式是：少量原语、明确行为、让非法状态难以表示。在生产工程中，这转化为更少的 heisenbug、更简单的调试路径以及在可理解方式下失败的系统——因为代码是为可推理而写，而不是仅仅为可执行。

维尔特原则在现代工程中的体现

维尔特的语言不仅仅“容易阅读”。它们把可读性、结构与正确性视为工程约束——就像性能预算或安全要求一样。这些约束每天都在现代团队构建与维护软件的方式中显现。

可读性作为工程实践

许多团队现在把可读性编码进工作流：风格指南、linters 与“让一切变无聊”的约定。这种心态与 Pascal/Modula 的目标一致：让默认代码可理解。实践中表现为偏好清晰控制流、小函数与能传达意图的命名——以便于快速且安全地审查变更。

强类型作为沟通手段

强类型不仅用于防止错误；它是编译器可验证的文档。现代静态类型生态（以及像 TypeScript 这样的类型层）依赖相同思想：类型表达函数期望与承诺。代码审查者常把类型当作 API 契约的一部分——在问题成生产 bug 前抓住不匹配的假设。

用简洁降低缺陷与入职时间

维尔特强调简单、正交的特性，这与今天“减少巧妙用法”的文化相吻合。限制元编程、避免过度通用抽象、保持依赖清晰的团队其实在把简洁作为战略：更少边界情况、更少意外交互以及更快的新工程师上手。

随时间变化的模块边界

现代模块化设计——包、服务与明确定义的接口——呼应了 Modula 对显式边界的坚持。清晰的模块所有权与稳定的公共 API 帮助团队在不破坏下游的情况下演进内部，这是管理变化的实用方式。

代码审查文化中的体现

优秀的审查常问维尔特式的问题：“这容易跟随吗？”，“类型系统能表达这个不变量吗？”，“职责是否分离？”，“这个边界会让未来改动更安全吗？”这些都是语言原则变成日常工程习惯的体现。

对 Pascal/Modula 影响的审慎评估

谈影响有时模糊。Pascal 与 Modula-2 并非通过成为各处的默认生产语言而“赢”。它们的影响更应理解为一组理念：关于清晰、结构与工具支持的纪律，其他人采纳、改编并有时软化了这些理念。

Pascal 对学习代码方式的默默影响

对许多开发者而言，Pascal 是他们的第一门严肃语言。这很重要。它训练了会坚持的习惯：

• 自顶向下、小过程地写程序
• 使用显式类型和有意义的数据定义
• 把可读性视为正确性的一部分，而非装饰

即便这些学生后来转向 C、C++、Java 或 Python，“程序作为一组明确定义部分”的心智模型往往来源于 Pascal 时代的教学。

Modula-2 的模块化被广泛回响

Modula-2 推动的分离如今感觉很自然：把接口与实现分开定义。你会在很多地方看到这种思想的近亲——头文件与源文件、模块与包、公共 API 与私有内部。细节不同，但目标一致：把依赖显式化，在系统增长时保持可理解性。

通向 Oberon 与维尔特后续工作的脉络

维尔特后来的语言（如 Oberon）延续了主题：减少表面积、保持规则一致、让编译器成为维护代码质量的伙伴。并非每个具体特性都被传承，但对小而连贯设计的偏好继续激励教育者与语言设计者。

这里“影响”真正的含义

Pascal/Modula 的影响更多是让某些期望变得常态：把强类型当作教学工具、把结构化控制流放在聪明技巧之上、把模块化视为管理复杂性的实用方式。这些期望成为主流软件工程文化的一部分——即便生态看起来与 Pascal 毫不相干。

面向团队与学习者的实用建议

维尔特持久的教训不是“再次使用 Pascal”。而是当系统的核心思想少、连贯且受工具强制时，系统更易构建与教授。

什么时候优先一个可教的小核心

如果你的代码库存在多种实现同一事物的方式，你要为此付出入职时间、审查争论与隐性错误的代价。当有许多协作者（或高人员流动）、你在构建他人依赖的基础服务，或因不一致模式反复出现缺陷时，优先一个“小核心”是值得的。

这在实践中意味着对一组批准的模式（错误处理、日志、配置、并发原语）进行标准化，并明确“解决常见任务的一种明显方式”。

用类型与模块防止常见错误

Pascal 与 Modula 强调编译器可以是队友。现代对应做法包括：

• 强化类型边界：优先使用不同的领域类型（例如 UserId 与 OrderId）而不是“所有都是字符串”。
• 设计模块以明确责任：保持 API 小，隐藏内部，避免成为停车场式的“工具”模块。
• 让非法状态难以表示：使用枚举、代数数据类型、不可空字段和校验构造器。

在团队中教授这些原则

良好的工程文化通过重复与示例教授：

• 说明为什么而不仅仅做什么的风格指南。
• 在代码审查中指出规范示例（“像模块 X 那样做”）。
• 体现首选结构的微型参考项目和模板。

即便在 AI 辅助开发中这些思想仍然重要

即便你通过聊天式工作流构建软件，维尔特的原则仍然适用：输出必须可读、模块化并易于验证。例如像 Koder.ai 这样的生成平台也深度使用“可教核心”概念：先规划以使意图显式、在生成代码中保持清晰模块边界，以及提供快速反馈回路。

保持维尔特式纪律的实用方法：

• 使用简短的“以接口为先”提示：先定义 API、类型与模块职责，再请求实现。
• 偏好小步迭代并设置检查点——Koder.ai 的快照与回滚在此很有用——这样你可以像结构化代码审查那样审视变更。
• 保持导出/部署可复现：能导出源码并用自定义域名托管，有助于把生成的代码当作可维护代码库而非一次性工件。

简洁且可维护代码的清单（并非粗糙）

• 新同事能否用一句话解释该模块的目的？
• 公共接口是否比其背后的实现更小？
• 类型是否编码了关键规则，还是把正确性留给注释？
• 常见任务是否只有一条明显路径（而非五种竞争模式）？
• 依赖是否最小且有方向性（没有纠缠）？

如果你想要更实用的指导，请参见 /blog/programming-best-practices。如果你在评估能强制约定的工具（linters、CI 检查、审查自动化），/pricing 可以帮助你权衡选项。