La creación de un lenguaje de programación es una tarea compleja que involucra no solo diseñar su sintaxis y semántica, sino también garantizar que su comportamiento sea consistente y fiable a lo largo del tiempo. Para los desarrolladores habituales, la forma más común de entender qué hará un programa al ejecutarse es simplemente correrlo y observar el resultado, ajustando el código hasta que funcione como se desea. Sin embargo, para los creadores del lenguaje, este método resulta insuficiente ya que necesitan asegurarse de que la implementación del propio lenguaje sea correcta y no contenga errores o inconsistencias. El desafío de asegurar la corrección en la implementación de un lenguaje no es trivial. Una solución extrema y poco útil sería definir el lenguaje como lo que haga su implementación.
Esto quiere decir que cualquier comportamiento del lenguaje estaría 'bien', mientras la implementación lo realice así, una perspectiva altamente problemática. Incluso lenguajes que se consideran de comportamiento definido por la implementación, como Python, mantienen ciertos criterios de corrección implícitos, tales como que el intérprete no debería colapsar de forma inesperada. En el mundo de los lenguajes de programación, existen pocos ejemplos de especificaciones completamente formales. Un caso destacado es Standard ML, cuya definición formal se publicó en 1997, siendo aún hoy una excepción en el ámbito de los lenguajes de propósito general. La mayoría de los lenguajes industriales cuentan con especificaciones informales o semi-formales que describen el lenguaje más como una guía que como un conjunto estricto de reglas formales.
Lenguajes muy usados como C o Haskell carecen de especificaciones formales y estándares absolutas, lo que dificulta la verificación rigurosa de sus implementaciones. Para desarrolladores independientes o para quienes trabajan en proyectos de lenguaje desde cero, escribir y mantener una especificación formal o incluso una suficientemente precisa es una tarea ardua y en muchos casos inviable por la naturaleza cambiante y experimental del proceso de diseño. Esto genera incertidumbre frente al manejo de casos límite o comportamientos inesperados y plantea una pregunta fundamental: ¿cómo asegurar que el lenguaje se comporta de manera intencionada y coherente? El equipo detrás del lenguaje Futhark, orientado a programación de arreglos paralelos y funcionales con alto rendimiento, enfrentó esta inquietud desde sus inicios. Dado que cuentan con un compilador altamente optimizador, mantener la coherencia del comportamiento era una prioridad esencial. Durante el desarrollo, se dieron cuenta que muchas situaciones específicas, como el manejo de arreglos vacíos, se trataban con técnicas de simplificación y reescritura del programa que, si bien facilitaban la implementación, podían afectar la consistencia semántica.
Una regla fundamental para cualquier compilador optimizador es que las optimizaciones no deben alterar el comportamiento observable de los programas. Sin embargo, en Futhark existe una particularidad: ciertas transformaciones como la defuncionalización, la monomorfización o la desfuntorización son imprescindibles para que el proceso de compilación funcione, no siendo simplemente optimizaciones opcionales. Esto añade una dimensión extra de complejidad a la tarea de mantener el lenguaje predecible. Frente a esta situación, el equipo de Futhark adoptó una estrategia singular y efectiva: implementar su lenguaje dos veces. La primera, un compilador que genera código eficiente para el hardware objetivo, y la segunda, un intérprete que actúa como referencia definitiva de la semántica del lenguaje.
Este intérprete opera de manera directa: recorre el árbol de sintaxis abstracta (AST) sin realizar preprocesamientos complejosprevios más allá de la verificación de tipos. Así, cualquier dificultad o sutileza en la semántica del lenguaje se refleja directamente en el código del intérprete, haciéndolo transparente y más sencillo de comprender para los desarrolladores. Aunque el intérprete es considerablemente más lento que el compilador, cumple un papel crucial como herramienta para depurar, probar y garantizar que las transformaciones realizadas por el compilador no alteran el comportamiento esperado. Cuando surgen diferencias entre ambas implementaciones, habitualmente se ajusta el intérprete para corregirlos, salvo en casos donde el compilador debe mantener comportamientos particulares, como la eliminación de código muerto o la optimización que puede cambiar el orden o la terminación de ciertos procesos. Para Futhark, esta doble implementación no puede considerarse completamente independiente, ya que ambas recurren a un frontend compartido que incluye el análisis sintáctico y la verificación de tipos.
No obstante, se considera que el riesgo de errores accidentales en esta parte es bajo y que implementar esta sección de manera simple y directa sería poco práctico. Este enfoque tiene una ventaja clara: en ausencia de una especificación formal estricta, mantener dos implementaciones diferentes brinda un mecanismo de comparación que facilita encontrar comportamientos accidentales o errores no intencionados en el lenguaje. Además, obliga a que la semántica sea suficientemente clara y entendible para poder implementarla de forma sencilla en el intérprete, evitando que crezca en complejidad injustificada. Desde una perspectiva práctica, cualquier desarrollador o equipo que esté creando un lenguaje de programación, incluso a pequeña escala o con fines educativos, debería considerar mantener un intérprete de referencia además del compilador. Este intérprete no solo facilitará la detección temprana de errores sino que también servirá como un testimonio vivo de la intención de diseño del lenguaje, ayudando a mantener el rumbo cuando el lenguaje evoluciona y se agregan nuevas características.
En definitiva, implementar un lenguaje dos veces convierte el desarrollo lingüístico en un proceso más riguroso y responsable. Si se siente que la implementación de referencia es demasiado pesada para mantener, esta puede ser una señal de que el diseño del lenguaje ha alcanzado un nivel de complejidad que podría dificultar su adopción o evolución futura. La experiencia de Futhark es un claro ejemplo de cómo esta práctica puede ser implementada con éxito, demostrando que aun sin contar con una especificación formal, es posible lograr un lenguaje coherente y sólido a través de la creación y mantenimiento de una doble implementación. Así, no solo se asegura la precisión técnica, sino que también se contribuye a un desarrollo más abierto, transparente y humanamente comprensible del lenguaje. Por eso, sin importar si tu proyecto es un lenguaje académico, un experimento personal o un producto con ambiciones industriales, considera implementar una versión intérprete como referencia fundamental.
Esta práctica puede marcar la diferencia entre un lenguaje errático y uno confiable, un compilador que genera código solo eficiente, y una herramienta que realmente transmite una visión clara e intencionada a sus usuarios.
