他的一个“错误”折磨了程序员半个世纪科学大院

3 月 11 日，计算机科学博客 Computational Complexity 披露了一则消息：图灵奖得主、快速排序算法发明人、null 引用的提出者托尼・霍尔（Tony Hoare）于 2026 年 3 月 5 日在英国剑桥安然离世，享年 92 岁。

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如果你写过代码，那么一定遇到过它：一个让程序突然崩溃、屏幕上跳出红色报错的元凶 ——“NullPointerException”，也就是我们常说的 “null”，代表 “无效的，缺失的，无意义的，空值”。

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这个让无数程序员头疼、让无数系统宕机的概念，正是由霍尔在 1965 年亲手引入。他后来称之为 “价值十亿美元的错误”，并在 2009 年的一场软件大会上公开为它致歉。

但他的一生也成就无数，霍尔是快速排序算法、霍尔逻辑、CSP 并发理论的奠基者，也是 20 世纪最具影响力的计算机科学家之一。

从古典学到计算机：一段意外的旅程

托尼・霍尔，全名查尔斯・安东尼・理查德・霍尔（Charles Antony Richard Hoare），1934 年 1 月 11 日出生于锡兰（今斯里兰卡）科伦坡。父亲是英国殖民地公务员，母亲出身茶园主家庭。他在英国接受教育，先后就读于牛津龙校和坎特伯雷国王学校，随后进入牛津大学默顿学院。

有趣的是，他主修的既不是数学也不是工程，而是古典文学与哲学。

1956 年从牛津毕业后，霍尔在皇家海军服役 18 个月，期间系统学习了俄语。这段语言训练后来成为他人生的关键转折：他以英国文化协会交换生身份前往莫斯科国立大学，师从数学家安德烈・柯尔莫哥洛夫，参与早期计算语言学与机器翻译研究，由此他真正踏入了计算机科学领域。

托尼霍尔在莫斯科（图片来源：Not yet ready）

1960 年回国后，霍尔加入伦敦埃利奥特兄弟有限公司（Elliott Brothers Ltd），正式开启编程生涯。讣告作者吉姆・迈尔斯（Jim Miles）在回忆文章中提到，霍尔曾担任早期计算机的 “演示员”，足迹遍布全球，尤其是苏联。在那个年代，既精通俄语又懂计算机原理的人，实在凤毛麟角。

就在伦敦工作期间，霍尔完成了一件改变算法史的事。当时公司要求他实现一种排序算法。霍尔完成任务后告诉老板，自己其实知道一种更快的方法。老板半信半疑，回应说：“我赌你六便士，你做不到。” 但结果，快速排序（Quicksort）果真更快，赌注也如实兑现。

霍尔晚年多次向朋友讲述这段往事，每次都绘声绘色。迈尔斯回忆，自己曾好奇这个 “赌注” 究竟是比喻还是真事，霍尔明确确认：那六便士他真的拿到了。

快速排序发明于 1959 至 1960 年间，霍尔当时年仅 26 岁。这个算法至今仍是全球使用最广泛的排序算法之一，几乎出现在所有计算机科学的基础教材中。毫不夸张地说，如今你每天使用的绝大多数软件系统，都在某处运行着快速排序。

凭借这项贡献，以及他在编程语言理论、操作系统、并发模型等领域的系列成就，霍尔于 1980 年获得计算机科学最高荣誉：ACM 图灵奖，表彰他 “在编程语言定义和设计方面的基础性贡献”。2001 年，他因对计算机科学的杰出贡献获封爵士。

“我发明了它，我来道歉”

然而，让霍尔在程序员群体中广为熟知的，或许并非那些成就，而是一次公开的致歉。

2009 年，在伦敦 QCon 软件大会上，75 岁的霍尔站上台，以一种罕见的姿态，向全场数百名工程师正式致歉。他称 null 引用为 “价值十亿美元的错误”（the Billion Dollar Mistake）。因为一个小小的 null 在过去四十年间造成了无数错误、漏洞和系统崩溃，带来的损失恐怕超过十亿美元。

（图片来源：InfoQ）

null 到底错在哪里？

要理解这一点，得回到 1965 年。彼时，霍尔正在设计 ALGOL W 语言的引用类型系统。他希望系统足够安全，避免程序员因使用不存在的对象而导致程序崩溃。但在设计过程中，他引入了一个特殊值 ——null，用于表示 “这个引用目前什么都没有指向”。

逻辑上看，这似乎是个合理甚至有用的设计。但现实中，问题却像滚雪球般扩大。因为 null 的本质是 “什么都不是”，所以它基本可以出现在任何需要 "某个东西" 的地方，冒充任何类型的引用值。而当代码没有检查变量是否为 null 就直接使用时，程序就会在运行时崩溃，这就是所谓的 “空指针解引用”。

这类错误几乎出现在所有主流编程语言中：Java 会抛出 NullPointerException，C/C++ 可能导致程序崩溃，JavaScript 甚至同时存在 null 和 undefined 两个相似概念，让人困惑。更严重的是，null 引发的漏洞还被黑客利用，成为安全攻击的突破口。

在底层系统中，如果程序在解引用指针前没有检查其是否为空，就可能触发 “空指针解引用”。在某些情况下，攻击者甚至可以借此操控程序执行流程，从而实现提权或代码执行。例如在 Linux kernel 的早期版本中，研究人员曾发现多处空指针解引用漏洞。由于当时系统允许用户程序映射地址 0，攻击者可以在该位置放置恶意代码，再触发内核错误，从而实现本地提权。

类似问题也曾出现在 Mozilla Firefox 等浏览器软件中。攻击者通过构造特定网页触发空指针访问，轻则导致浏览器崩溃，重则可能成为更复杂攻击链的一部分。

而且，有些魔幻的是，null 带来的麻烦还不只停留在代码世界里。在美国，至今仍有许多姓 Null 的人，他们的日常生活被这个特殊字段搅得一团糟。由于 null 的特殊性，他们买机票时系统会认定为姓氏栏是空的，酒店预订表单一填完就自动清空，签证申请显示 "用户不存在"。

弗吉尼亚州的詹妮弗・努尔（Jennifer Null）向媒体承认说，越是重要的服务，越难跟系统讲清楚自己 “真实存在”。更离奇的遭遇者是约瑟夫・塔塔罗（Joseph Tartaro）。2016 年，他为了和妻子凑一对 “NULL + VOID” 的情侣车牌，向加州车管所申请了 "NULL" 号牌。2018 年他缴纳了一张 35 美元的普通罚单，系统由此将他的信息与 "NULL" 字段绑定，此后，全州所有忘记填写车牌号的空白罚单，都自动寄到了他名下。从弗雷斯诺到兰乔库卡蒙加，他从未涉足的城市接连发来罚单，累计金额超过 12,000 美元。

他在黑客大会 “DEF CON” 上公开讲述此事，演讲题目直接叫《去你的 NULL》。

如何消除 null

过去几十年间，语言设计者们纷纷尝试从根本上解决这个问题。Java 后来引入了 Optional 类型，Kotlin 在语法层面严格区分可空类型与非空类型，Rust 则干脆取消 null，改用 Option 枚举来表示 "有值" 或 "无值" 两种状态，并由编译器强制要求程序员处理所有可能情况。Swift、Haskell、Elm 等语言也采用了类似思路。

在这些新语言中，一个变量如果可能为空，它的类型本身就会明确标注，编译器会拒绝那些忘记做空值检查的代码通过编译。这场语言层面的变革，在一定程度上由霍尔那次坦诚的公开道歉所推动。他的 “错误”，反而成为了推动编程语言安全性进步的重要动力。

瑕不掩瑜：霍尔的其他贡献

在 null 和快速排序之外，霍尔还有许多影响深远的成就。

他提出的霍尔逻辑（Hoare Logic），是一套用数学方式验证程序正确性的公理体系。简单来说，它允许程序员用严格逻辑证明一段代码 “一定会做到它声称要做的事”，而不只是靠测试碰运气。这套理论奠定了形式化验证领域的基础，今天航空、汽车、核能等安全关键领域的软件认证，仍在使用它的衍生工具。

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他发展的 CSP（通信顺序进程），是描述并发程序行为的形式语言。Go 语言的 channel 机制、Erlang 的 Actor 模型，都在不同程度上受到 CSP 的影响。在多核、多线程计算早已普及的今天，这套理论的价值不言而喻。