程序是一种有副作用的函数

1. 什么是程序

我们先来看一个C语言的main函数：

它包含了一个程序的基本特征：它是一个函数。他不仅是个函数，还对外界做了一个操作，打印 Hello World。这就跟数学函数不一样了。想想以前学过的三角函数，y=sin(x)，输入 x，输出 y，y 与 x 的值有关，运算的时候不会做对外界有影响的其他事情。

这个 main 函数就不一样，给屏幕上打印了一行字。假设 main 函数很复杂，但运算结果你看不到，这有什么用呢？所以，对外界的操作是一个程序的基本特征，用专业的话来说，就是一个有副作用的函数。

比如我们人，最重要的事就是与外界交互。每个人根据天赋和后天教育不同，会来到各个岗位做不同的事情。各类程序，也必须与所处的环境产生交互，并与其他程序协同完成任务。与人直接交互的程序，如浏览器、办公软件等，能给人提高办公效率，帮助人完成很多工作，所以人们就会重视。在幕后负责基础工作的程序，如操作系统、数据库，用户平时关注不到，但它们是其他软件运行的基础，所以也不可或缺。基础程序的能力越强，越能带动多数程序提升整体质量。一组分工不同的程序，共同组成了目前我们使用的操作系统界面。

我们编写程序的核心目的，是为了定义一个流程，让这个流程可高效重复。就像开一家店、开一条生产线，必须确定一种完善的流程，才能生产一种产品和服务。这个流程在外部看来，就是一个 main 函数，其中用各种手段，会给系统环境造成各种影响，写了文件，收发了数据。运行这个 main 函数，就是执行一遍这套流程，这才达到编写程序的目的。

所以，衡量一件事值不值得写个程序去做，或者大一点，建一套信息化系统，就要首先考虑这件事其中可重复的部分有哪些，每次做有多少相似之处，如何合并相似之处，提升质量和效率。包100个馄饨，自己凭经验包问题不大；要包1000个，就要固定配方了；要包上万个，就要固定工艺流程了。处理10个数据，手动修改；处理1000个，要考虑用公式、写代码了。

上面举例用的是C语言，在其他语言中，与C语言的 main 函数形式不一样，或者没有 main 函数，最后给到操作系统的接口，都会统一成 main 函数的形式，这样无论用什么语言编程，都可以在同一个系统上运行。

2. 程序的基本要素

在操作系统上运行的程序主要有几个要素：命令行参数，环境变量，返回值，输入输出。

命令行参数是 main 函数的参数，是一个字符串列表。一般我们见到命令行参数主要用于给定输入输出文件地址，调整程序功能。例如：python3 a.py input_file ，对于 python3 来说，会收到三个命令行参数，第一个参数是调用时的程序名（python3），后面是 a.py 和 input_file。

环境变量，是以名称=值的形式，给所有程序的默认配置，通常是给程序提供系统、用户、语言信息和一些默认路径。例如有些人可能会记得安装某些软件配PATH，这个事情的目的，就是让系统运行程序时，从PATH列出的路径中找出调用的同名程序的确切位置。TMPDIR/TEMP 环境变量可以指定临时文件保存位置，避免系统盘空间不足。

返回值是一个整数，代表程序怎么结束的。0 代表正常退出，其他值代表各种异常情况。较小的数（<128）是程序自己定义的，其他是系统定义的。一般只有调用这个程序的上级程序会关心，所以写代码时不会特地定义返回值，异常退出都会不等于0。

输入输出是程序与外界交互的主要方式，体现为Windows中的句柄（handle），Linux中的文件描述符（fd）。

操作系统会给所有程序自带三个输入输出流：stdin 标准输入，stdout 标准输出，stderr 标准错误。stdin 通常是从控制台屏幕或管道读取的输入，stdout 是 print 函数打印到屏幕上的那个输出管道，stderr 通常用来打印日志和错误信息。

如果从终端运行程序，这三个自带输入输出都连接到了终端屏幕上，键盘输入的进入了 stdin，程序打印的输出显示在了终端屏幕上。在IDEA, PyCharm等IDE中，stdout 打的字是正常黑/白色，stderr 打的字是红色。如果运行的是图形界面程序，这三个流就失去了作用。

在 Linux/Windows 的命令行（bash/cmd）脚本中，| 是将前一个命令的 stdout 连接到后一个命令的 stdin，实现流式处理数据；> 是将命令的 stdout 改为向文件输出，不再显示在屏幕上。

程序运行过程中，通常会打开文件、套接字（Socket），用于读写文件、连接网络。这些操作返回的对象在系统层面与上述三个标准流平级，都是用于输入输出的对象。

上述这些要素中，命令行参数和环境变量是一个程序运行前的输入；返回值是程序退出的指示，可能影响其他程序的行为；输入输出是程序是程序与外界交互实现其功能的主要途径。

3. 总结

程序的本质是定义可重复执行的流程，并通过与外界交互（即“副作用”）实现价值。无论是C语言的main函数，还是其他语言的入口逻辑，最终都需要通过命令行参数、环境变量、返回值、输入输出（I/O） 这四个核心要素与系统、用户、其他程序协作。这些要素是程序的“接口”：命令行参数与环境变量是“输入配置”，返回值是“退出状态反馈”，I/O是“数据交互通道”。理解它们，就抓住了程序运行的底层逻辑。

很多人初期容易陷入“实现功能就好”的误区，却忽略程序是活在系统中的。比如：

• 写脚本时，硬编码文件路径（如/data/file.txt）不如通过命令行参数传入（--input /data/file.txt），后者更灵活适配不同场景；
• 部署服务时，把端口、日志路径写死在代码里，不如用环境变量（export PORT=8080）让运维人员快速调整；
• 处理异常时，只打印“出错了”而不设置非0返回值（如exit(1)），会导致调用脚本无法判断程序是否执行成功。

作为软件工程师，别只关注代码逻辑，更要重视程序与环境的交互 。

写代码前先问自己：“这个程序会被谁调用？需要接收什么配置？如何告诉调用者‘我成功了/失败了’？数据从哪来、到哪去？” 把这些问题的答案融入逻辑设计，程序才真正“可用”。