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[前篇]最好的编程语言(如何不再担忧,爱上代码)


原文:The Best Programming Language (or How to Stop Worrying and Love the Code) by A. Castro-Castilla

每隔一段时间,就会有人觉得是时候再写一篇帖子讲讲什么编程语言最好,某个古老语言有什么强大的特性,或者哪个新语言做对了。现在,轮到我来写了。我终于能说说我对编程语言的看法了。

首先,免责声明:除非你用过30多种语言,而且受过他人写的所有这些语言(或者大部分)的代码的折磨,否则你就称不上是客观的。所以是的,我有偏向,就像讨论这个话题的大多数人一样。实际上我相信,一旦精通多种语言,这个话题就会显得荒诞。
给懒得读的人:伟大的语言
我特此在本博客范围内宣布以下语言为伟大语言。
  • Assembly:机器的语言。
  • C:系统开发的语言。
  • Javascript:网络的语言。
  • Scheme:轻巧、可嵌入而且极为灵活的语言,可以经编译转化为C和Javascript。
大部分代码例子来自Rosetta Code。

适用的语言

我把这些语言称作适用的语言,不是因为他们最好。他们只是当今最常用的语言,因此适用于生产性软件。当然,你可以略过争议,凭直觉做决定。如果是这样,请看下一节。

Ada

我一直对围绕存储安全设计软件这个概念感兴趣。对实时操作系统和各种关键系统中的应用程序而言,这都是个可行的概念。如果你在考虑使用这种语言,你很可能有相当的专业背景,不需要读这个帖子。这种语言是成为高手之后用的语言,而那时候也没有多少选择了。一些Ada代码:

   function Best_Shuffle(S: String) return String is
      T: String(S'Range) := S;
      Tmp: Character;
   begin
      for I in S'Range loop
         for J in S'Range loop
            if I /= J and S(I) /= T(J) and S(J) /= T(I) then
               Tmp  := T(I);
               T(I) := T(J);
               T(J) := Tmp;
            end if;
         end loop;
      end loop;
      return T;
   end Best_Shuffle;

看着就很安全,对吧?:)


Bourne (Again) Shell

我经常想:我真的需要用shell语言写这个Linux脚本吗?真的有必要吗?不用shell写脚本也没关系,因为你迟早得面对面处理这种脚本,然后不禁疑惑在没有stackoverflow.com的裸金属时代,这是怎么写出来的。总之,有合适的书指导,你会发现这种语言只是需要一点修饰(和一致性)。这种语言没什么出色的地方,不会开阔视野、提高效率,业务角度也没有什么可取之处,它只是横行Unix和类Unix的世界。然而不管怎么说,它在系统管理中不可或缺,而且并没有看起来那么差。它有点像Javascript,比起其他语言,需要知道更多的实用规范。
我用Unix Shell做什么?
  • OSX/Linux/POSIX系统管理
  • 任务自动化
  • 解锁命令行的强大功能
以下是一点Bourne Shell代码。欣赏这些boolean表达式吧!

#!/usr/bin/env sh

l="1"
while [ "$l" -le 5 ]
  do
  m="1"
  while [ "$m" -le "$l" ]
    do
    printf "*"
    m=`expr "$m" + 1`
  done
  echo
  l=`expr "$l" + 1`
done


就算你不喜欢C,也不得不尊敬它。它可以说是最伟大的语言之一。它能真正地能编写机器级代码(而不是其模型)。它是UNIX之父,是所有类C语言的鼻祖,是系统开发界的通用语。它久经沙场,经历时间的检验,广泛传播。太多的开发,调试,性能分析工具支持着C的发展,这也减少了它作为语言的缺陷(在我看来,缺陷不多)。这是一个真正实现了其目标的语言:适用于所有处理器的万用汇编语言。今天,它甚至能在最奇怪的体系结构中胜任实际上的汇编语言,与C编译器产生的代码相比,要手写出更好的代码十分困难。
因此,C是一个强大的工具,但要掌握好它可不容易。这种语言冷酷无情,你得十分清楚自己在干什么。正因为如此,C语言是教人理解机器的语言。这里面有美妙之处,也有实用的一面:如果没有C语言提供的底层功能,有些事情就没法实现。C语言程序员必须彻底理解自己在干什么,长远来看,这使得他们能产出高度可靠的软件。如果有种语言能影响C语言的神圣地位,那一定是一种很好地支持并发的低级语言,或者是性能如Haskell、风靡如C语言的神一般的语言。
Linux内核中的一些C语言代码

int next_pidmap(struct pid_namespace *pid_ns, unsigned int last)
{
    int offset;
    struct pidmap *map, *end;

    if (last >= PID_MAX_LIMIT)
        return -1;

    offset = (last + 1) & BITS_PER_PAGE_MASK;
   map = &pid_ns->pidmap[(last + 1)/BITS_PER_PAGE];
   end = &pid_ns->pidmap[PIDMAP_ENTRIES];
   for (; map < end; map++, offset = 0) {
       if (unlikely(!map->page))
           continue;
       offset = find_next_bit((map)->page, BITS_PER_PAGE, offset);
       if (offset < BITS_PER_PAGE)
           return mk_pid(pid_ns, map, offset);
   }
   return -1;
}


C++

怪物。它是我接触的第一种语言,直到尝试了许多其他语言后,我才明白它多么严重地影响我的效率,限制我的技术。一些著名的程序员对C++评价甚低,对此我完全赞同。C++像是Bjarne Stoustrup把他能想到的所有的功能都加到C中的成果。掌握C++耗费精力巨大,可能使编程效率降低80%以上。这样想吧:你的大脑容量是X,容量有限,不管你有多少的能力,都应该尽可能为重要的事情留出空间。明智的做法是少在语言本身上用脑力,大部分用来解决问题,编写算法。如果语言复杂,无论你有多聪明,都要在语法和语义上花费更多脑力,而不能专注于用代码实现你的想法。
    我认为C++是高难度低收益的典型例子。我同意,用C语言编写大的程序很困难(但依然可能,看Linux内核)。从各方面看Go,Rust和D语言都更好,但事实是C++在世界范围内被广泛应用。
下面是一个优秀C++代码的例子,使用了模板。C++代码中像这样的用户代码段比模板或者类的定义好懂的多。

#include <fstream>
#include <string>
#include <iostream>

int main( int argc , char** argv )
{
    int linecount = 0;
    std::string line;
    std::ifstream infile( argv[ 1 ] );
    if( infile )
    {
        while( getline( infile , line ) )
        {
            std::cout << linecount << ": " << line << '\n';
            linecount++;
        }
    }
    infile.close();
    return 0;
}

然后是模板代码,这个例子很简单(但会自然地变得乱七八糟)。

namespace rosettacode
{
  template<typename T> class queue
  {
  public:
    queue();
    ~queue();
    void push(T const& t);
    T pop();
    bool empty();
  private:
    void drop();
    struct node;
    node* head;
    node* tail;
  };

  template<typename T> struct queue<T>::node
  {
    T data;
    node* next;
    node(T const& t): data(t), next(0) {}
  };

  template<typename T>
   queue<T>::queue():
    head(0)
  {
  }

  template<typename T>
   inline void queue<T>::drop()
  {
    node* n = head;
    head = head->next;
    delete n;
  }

  template<typename T>
   queue<T>::~queue()
  {
    while (!empty())
      drop();
  }

  template<typename T>
   void queue<T>::push(T const& t)
  {
    node*& next = head? tail->next : head;
    next = new node(t);
    tail = next;
  }

  template<typename T>
   T queue<T>::pop()
  {
    T tmp = head->data;
    drop();
    return tmp;
  }

  template<typename T>
   bool queue<T>::empty()
  {
    return head == 0;
  }
}


C#

    企业语言,为实现在大型机构中的可替换性而着力降低程序员的创造性。面向对象,静态类,冗赘,有大量的库和boilerplate模板,一切都暗示着它身上微软的血统。别误会,这个语言并不差。它只是不诱人,而这正是微软的目标。起码,它与Visual Basic相比有了长足的进步。我在以下情况使用:
  • Windows下开发
  • 游戏开发(好吧,主要是迫于微软,我还是更喜欢老伙计C或者C++)
  • 这个语言里出了轰动性事物:Unity3D, Xamarin, .NET, XNA。
代码示例

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;

class Program
{
    static SortedDictionary<TItem, int> GetFrequencies<TItem>(IEnumerable<TItem> items)
    {
        var dictionary = new SortedDictionary<TItem, int>();
        foreach (var item in items)
        {
            if (dictionary.ContainsKey(item))
            {
                dictionary[item]++;
            }
            else
            {
                dictionary[item] = 1;
            }
        }
        return dictionary;
    }

    static void Main(string[] arguments)
    {
        var file = arguments.FirstOrDefault();
        if (File.Exists(file))
        {
            var text = File.ReadAllText(file);
            foreach (var entry in GetFrequencies(text))
            {
                Console.WriteLine("{0}: {1}", entry.Key, entry.Value);
            }
        }
    }
}
是不是很像Java?


Objective-C

比起C++(和C#),我对Objective-C印象好得多。它的语法不漂亮,但是作为语言我喜欢它。它有一套很好的基于NextStep的库,它是C语言的真正的升华,而且没有扩展到失控、使关键字与其父语言产生歧义。正如我说的,它的代码不太美观并且不容易读懂,尤其是嵌套函数时,但它的美妙在于概念和方法,而不在语法。看这个嵌套调用:
char bytes[] = "some data";
NSString *string = [[NSString alloc] initWithBytes:bytes length:9 encoding:NSASCIIStringEncoding];


对于C语言的后代来说,这是段美妙的代码,用到了Objective-C中所谓的代码块。

#import <Foundation/Foundation.h>

typedef NSArray *(^SOfN)(id);

SOfN s_of_n_creator(int n) {
  NSMutableArray *sample = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:n];
  __block int i = 0;
  return ^(id item) {
    i++;
    if (i <= n) {
      [sample addObject:item];
    } else if (rand() % i < n) {
      sample[rand() % n] = item;
    }
    return sample;
  };
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
  @autoreleasepool {

    NSCountedSet *bin = [[NSCountedSet alloc] init];
    for (int trial = 0; trial < 100000; trial++) {
      SOfN s_of_n = s_of_n_creator(3);
      NSArray *sample;
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        sample = s_of_n(@(i));
      }
      [bin addObjectsFromArray:sample];
    }
    NSLog(@"%@", bin);

  }
  return 0;
}

Clojure

    作为Scheme程序员,我对Clojure怀有敬意:这是人们所说的现代Lisp,有着独到的特性。我认为Clojure的长处是与Java之间的互操作性和核心语言中的并发功能。它与Scala如同手足,但各有特点:一个是Lisp,一个是面向对象和函数式语言的混合体,Clojure因为括号过多而较为冷门。选择这两种语言中的哪一个进行编程取决于个人风格,因为两者都没有长期而成功的应用程序产出为其提供支撑,这点上它们不及同样基于JVM的Java和PHP。对于任何基于JVM的语言,另一件需要考虑的事情是虚拟机的启动时间,它们处理起小任务来略显笨重。我会在以下情况用Clojure:
  • 网络编程。网络编程有许多好选择,Clojure族群在这个领域看起来十分活跃。
  • 想绕过Java那一套来使用JVM时。这能让程序员既开心又高效。 
  • 探索性的编程,发展成产品代码的探索。这实际上是Lisp的强项,但Clojure基于Java,有许多开源代码资源。
  • 安卓程序开发?安卓程序开发的图形用户借口模式很大程度是基于类继承(这意味着你能将它作为一个插件库使用,而必须遵循某些结构)。这可以实现,但是不像直接用Java继承那样自然。
经典的Clojure代码:

(defn divides? [k n] (= (rem n k) 0))

(defn prime? [n]
  (if (< n 2)
    false
    (empty? (filter #(divides? % n) (take-while #(<= (* % %) n) (range 2 n))))))

Lisp式的简单队列定义,

(defn make-queue []
  (atom []))

(defn enqueue [q x]
  (swap! q conj x))

(defn dequeue [q]
  (if (seq @q)
    (let [x (first @q)]
      (swap! q subvec 1)
      x)
    (throw (IllegalStateException. "Can't pop an empty queue."))))

(defn queue-empty? [q]
  (empty? @q))

D

我以前喜欢D,D就像是完善版的C++。D1像面向底层的Python,比如Python和C的合体之类的。它棒极了:你能感觉到开发起来多迅速,它专注于算法而不是语言,但并不牺牲底层控制,以备不时之需。D2带有许多C++的复杂性,还带着Andrei Alexandrescu的创新意味。一部分人对此不满意,尽管D2对并发性更加重视。D2不再是一种简洁的语言,但因为有许多未测试的功能,它感觉更像个实验性的语言。我还是喜欢它的,但我认为在C++的高使用率面前,它的功能相形见绌(一旦复杂起来)。另外我认为Go正在吞并D本应获得的市场。就算把D做得更快、功能更酷,Walter和Andrei也没法与Google竞争。你可能正如我一样喜欢D,但它前景并不明朗。还是继续用C++,或者试试Go吧,它的本地并发支持更强大。那么,我会在什么时候用D语言呢?
  • 从零开始开发一个与C有接口或者是与C++有联系的项目时。不过,你得提前设想好接口。举个例子,如果需要使用C++的GUI库,我不建议使用D。因为这通常以为着要从内部处理C++的继承,那么所有优势都会被抵消。如果需要C++的插件库,就这么做吧:创建对象,使用其函数,但不用模板或是C++的继承。
  • 进行底层编程并且需要快速二进制功能时。还是那样,做自己的事情,就像一个独立程序。
  • 希望语言能更好地在本地支持并发性时。
我们来看一些带有纯函数和不可变声明的D2的惯用法。
uint grayEncode(in uint n) pure nothrow {
    return n ^ (n >> 1);
}

uint grayDecode(uint n) pure nothrow {
    auto p = n;
    while (n >>= 1)
        p ^= n;
    return p;
}

void main() {
    import std.stdio;

    " N     N2      enc     dec2 dec".writeln;
    foreach (immutable n; 0 .. 32) {
        immutable g = n.grayEncode;
        immutable d = g.grayDecode;
        writefln("%2d: %5b => %5b => %5b: %2d", n, n, g, d, d);
        assert(d == n);
    }
}
表的最大元素:

[9, 4, 3, 8, 5].reduce!max.writeln;
它绝对比C++更简洁,更具表达力,差距不是一点点。


Erlang

    这是一个目的明确的语言。Erlang的网页说得很清楚:(……)构建可扩展性强、可用性高的软实时系统。客户遍及电信、银行、电子商务、计算机电话和即时消息等行业。Erlang的运行时系统固有对并发、分布和容错的支持。Erlang经实践证明可靠,而且产出过一些高难度应用程序,例如WhatsApp.
代码本身给人功能强大之感,其语法简洁易读。
看一个简单的并发程序代码:
-module(hw).
-export([start/0]).

start() ->
   [ spawn(fun() ->  say(self(), X) end) || X <- ['Enjoy', 'Rosetta', 'Code'] ],
   wait(2),
   ok.

say(Pid,Str) ->
   io:fwrite("~s~n",[Str]),
   Pid ! done.

wait(N) ->
   receive
       done -> case N of
           0 -> 0;
           _N -> wait(N-1)
       end
   end.

Go

我还没有亲自用过它。但很显然,Google的这一尝试,目的在于创造一种基于C语言、带有C++优点、并发支持比两者都强的语言。它有优于C++的功能,而且简单得多。它没有不安全指针运算,拥有闭包、第一级函数和垃圾回收机制。Go可能是服务器语言的未来。所以,我什么时候会尝试Go呢?
  • 编写对性能和可靠性要求非常高的服务器应用程序,包括网络应用程序。
  • 编写需要底层控制的高并发代码(不然我更喜欢Erlang)。
Go的并发代码
package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
)

func main() {
    words := []string{"Enjoy", "Rosetta", "Code"}
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    q := make(chan string)
    for _, w := range words {
        go func(w string) {
            time.Sleep(time.Duration(rand.Int63n(1e9)))
            q <- w
        }(w)
    }
    for i := 0; i < len(words); i++ {
        fmt.Println(<-q)
    }
}

Haskell

    比起这个列表上的其他语言,这种语言像是一种更高级的思考工具。它有一系列无所不能的程序库,还有一群死忠拥护者。可以说这是一种高门槛的语言。我认为,使用它能开拓思路,还能让你接触到编程界最聪明的人。
    就算不用来写真正的程序,我认为Haskell也很值得学。虽然它是一种相对模糊的语言,但我把它定位为“适用”,因为它在某些方面有实际用处,金融业首当其冲。
Haskell的代码往往非常紧凑,表达力强,尽管有点抽象(因为很多函数是概念上的操作,而不是过程中的一步)。我个人不喜欢它的语法(我认为太多了),但至少它服务于一个目的,不混乱(说你呢Perl!)。这种语言漂亮而连贯,自己看吧:

binarySearch :: Integral a => (a -> Ordering) -> (a, a) -> Maybe a
binarySearch p (low,high)
  | high < low = Nothing
  | otherwise =
      let mid = (low + high) `div` 2 in
      case p mid of
        LT -> binarySearch p (low, mid-1)
        GT -> binarySearch p (mid+1, high)
        EQ -> Just mid

后篇将于明天发布,敬请期待

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