Whitespace

定义

Whitespace是一种只以空白字符构成语法的深奥编程语言，其指令由空格、制表符与换行三种字符的排列组合表示^[2]。除这三种字符之外的任何字符都会被解释器忽略，因此可以当作注释使用^[3]。在一段没有附注的Whitespace程序中，源代码在屏幕上是完全不可见的^[1]。

它属于指令式的堆栈型语言，运行程序的虚拟机器维护一个堆栈和一个堆，堆栈用于存放与运算数据，堆则充当变量的长期存储区^[2]。这种语言具备与控制流、子程序、算术与输入输出相关的完整指令集，是一种图灵完备的语言^[4]。

原理

Whitespace把一条指令拆成三个部分：指令修饰参数（Instruction Modification Parameter，IMP）、具体操作以及可选参数。IMP决定这条指令属于哪一类，共有五种取值：空格代表堆栈操作，制表符加空格代表算术运算，制表符加制表符代表堆访问，换行代表流程控制，制表符加换行代表输入输出^[5]。堆栈操作包含压入、复制、交换和丢弃等命令，算术运算包含加、减、乘、整数除法与取模，流程控制则借助标签实现跳转与子程序调用^[6]。

数值以二进制方式书写：空格表示 0，制表符表示 1，首个字符用于表示正负号，空格为正、制表符为负，整串数字以换行结束^[7]。例如空格、制表符、空格、空格、制表符、空格、制表符、制表符、换行这一串字符表示二进制数 1001011，即十进制的 75^[7]。标签同样由一串空格与制表符组成并以换行结束，由于只有单一命名空间，所有标签必须互不重复^[2]。

程序的执行过程相当于在一个简单抽象机器上运行：指令按顺序读取，遇到算术或堆操作时则弹出堆栈顶端的若干元素参与计算，再把结果压回堆栈^[8]。因为指令与数据都由空白字符编码，源码文件必须由专门的处理工具读取，普通文本编辑器难以直接辨认其内容^[5]。

发展历程

这一构想并非凭空出现。早在1997年，C++的设计者比雅尼·斯特劳斯特鲁普曾以玩笑方式提出，可以把空白字符用作C++的运算符，为后来的Whitespace提供了思路来源^[2]。

2002年，杜伦大学的埃德温·布雷迪与克里斯·莫里斯实际设计了这门语言，两人后来也参与了Kaya与Idris等语言的开发^[2]。语言于2003年4月1日公开发布，当天恰逢愚人节，科技新闻站点Slashdot刊出了相关报道，不少读者把它当作玩笑看待，但语言本身是可运行的真实实现^[7]。

作者随语言一同提供了以Haskell编写的原型解释器及源代码^[2]。0.3版本补充了复制与滑移等堆栈操作，此后出现的 0.4 版本则加入了自定义的堆栈重排指令^[5]。此后陆续出现用Python、Java、JavaScript、R等多种语言编写的解释器或编译器实现^[9]。

应用

由于解释器会跳过所有非空白字符，Whitespace程序可以被嵌入到其他语言的源代码、普通文本或网页文件的空白处，从而使同一份文件成为多语言混写程序^[4]。这种特性使它在隐写方向上有实际用途，可以在看起来无关的文字中隐藏一段可执行代码^[1]。

作者提供的示例程序涵盖计算器、阶乘、汉诺塔、随机排列与打印问候语等，用于演示语言的功能范围。在编程谜题与竞赛中，Whitespace也常被用作素材，因为识别并还原隐藏其中的代码本身就是一类挑战^[5]。此外，它被用于检验程序语言模型处理与自然语言无关的语法结构的能力^[10]。

局限

源码不可见是Whitespace最主要的限制。缺少专门的显示工具时，程序无法用肉眼阅读，调试与排错也因此变得困难^[11]。空白字符在传输与显示过程中容易受损，例如某些浏览器会按制表位调整制表符的显示宽度，部分软件还会把制表符替换成数量不等的空格，从而改变程序的语义^[7]。

这门语言在工业界没有实际应用，被归类为由好奇心驱动的实验性项目，不用于生产环境中的软件开发工具链。它的抽象机器只提供读取与写出字符的基本接口，不包含与操作系统交互的系统调用能力^[12]。此外，不同实现在输入解析、越界索引等细节上并不完全一致，同一段程序在不同解释器下的行为可能存在差异。

参见

• 深奥编程语言 —— Whitespace所属的语言类别，以非常规语法或语义为特征。

• Brainfuck —— 另一种极简的深奥语言，同样只保留少量指令并忽略无法识别的字符。

• 多语言混写程序 —— 同一份源码可被多种语言的解释器分别执行的程序形式。

• 隐写术 —— 在无关载体中隐藏信息的技法，Whitespace的语法特性可服务于这一方向。

• 图灵完备 —— 衡量一种语言能否表达任意可计算函数的标准，Whitespace满足该条件。

• 堆栈 —— Whitespace运算依赖的核心数据结构。