本文主要是介绍 Go, 从语言对比分析的角度切入. 之所以选择与 Python,Erlang 对比, 是因为做为高级语言, 它们语言特性上有较大的相似性, 不过最主要的原因是这几个我比较熟悉.
Go 的很多语言特性借鉴与它的三个祖先: C,Pascal 和 CSP.Go 的语法, 数据类型, 控制流等继承于 C,Go 的包, 面对对象等思想来源于 Pascal 分支, 而 Go 最大的语言特色, 基于管道通信的协程并发模型, 则借鉴于 CSP 分支.
Go/Python/Erlang 语言特性对比
如编程语言与范式一文所说, 不管语言如何层出不穷, 所有语言的设计离不开 2 个基本面: 控制流和数据类型. 为了提升语言描述能力, 语言一般都提供控制抽象和数据抽象. 本小节的语言特性对比也从这 4 个维度入手, 详见下图(点击见大图).
图中我们可以看出, 相比于 Python 的 40 个特性, Go 只有 31 个, 可以说 Go 在语言设计上是相当克制的. 比如, 它没有隐式的数值转换, 没有构造函数和析构函数, 没有运算符重载, 没有默认参数, 也没有继承, 没有泛型, 没有异常, 没有宏, 没有函数修饰, 更没有线程局部存储.
但是 Go 的特点也很鲜明, 比如, 它拥有协程, 自动垃圾回收, 包管理系统, 一等公民的函数, 栈空间管理等.
Go 作为静态类型语言, 保证了 Go 在运行效率, 内存用量, 类型安全都要强于 Python 和 Erlang.
Go 的数据类型也更加丰富, 除了支持表, 字典等复杂的数据结构, 还支持指针和接口类型, 这是 Python 和 Erlang 所没有的. 特别是接口类型特别强大, 它提供了管理类型系统的手段. 而指针类型提供了管理内存的手段, 这让 Go 进入底层软件开发提供了强有力的支持.
Go 在面对对象的特性支持上做了很多反思和取舍, 它没有类, 虚函数, 继承, 泛型等特性. Go 语言中面向对象编程的核心是组合和方法(function). 组合很类似于 C 语言的 struct 结构体的组合方式, 方法类似于 Java 的接口(Interface), 但是使用方法上与对象更加解耦, 减少了对对象内部的侵入. Erlang 则不支持面对对象编程范式, 相比而言, Python 对面对对象范式的支持最为全面.
在函数式编程的特性支持上, Erlang 作为函数式语言, 支持最为全面. 但是基本的函数式语言特性, 如 lambda, 高阶函数, curry 等, 三种语言都支持.
控制流的特性支持上, 三种语言都差不多. Erlang 支持尾递归优化, 这给它在函数式编程上带来便利. 而 Go 在通过动态扩展协程栈的方式来支持深度递归调用. Python 则在深度递归调用上经常被爆栈.
Go 和 Erlang 的并发模型都来源于 CSP, 但是 Erlang 是基于 actor 和消息传递 (mailbox) 的并发模型, Go 是基于 goroutine 和管道 (channel) 的并发. 不管 Erlang 的 actor 还是 Go 的 goroutine, 都满足协程的特点: 由编程语言实现和调度, 用户态的切换, 创建销毁开销很小. 至于 Python, 其多线程的切换和调度是基于操作系统实现, 而且因为 GIL 的大坑级存在, 是无法真正做到并行.
而且从笔者的并发编程体验上看, Erlang 的函数式编程语法风格和其 OTP behavior 框架提供的晦涩的回调 (callback) 使用方法, 对大部分的程序员, 如 C/C++ 和 Java 出身的程序员来说, 有一定的入门门槛和挑战. 而被称为 "互联网时代的 C" 的 Go, 其类 C 的语法和控制流实现, 以及面对对象的编程范式, 编程体验则好很多.
Go/Python/Erlang 语言语法对比
所有的语言特性都需要有形式化的表示方式, Go,Python,Erlang 三种语言语法的详细对比如下 (点击见完整大图第一部分, 第二部分, 第三部分). 这里(链接 http://hyperpolyglot.org/c ) 有一个详细的 Go 与 C 的语法对比, 这也是我没有做 Go vs. C 对比的一个原因.
正如 Go 语言的设计者之一 Rob Pike 所说,"软件的复杂性是乘法级相关的". 这充分体现在语言关键词 (keyword) 数量的控制上, Go 的关键词是最少的, 只有 25 个, 而 Erlang 是 27 个, Python 是 31 个. 从根本上保证了 Go 语言的简单易学.
Go 语言将数据类型分为四类: 基础类型, 复合类型, 引用类型和接口类型. 基础类型包括: 整型, 浮点型, 复数, 字符串和布尔型. 复合数据类型有数组和结构体. 引用类型包括指针, 切片, 字典, 函数, 通道. 其他数据类型, 如原子(atom), 比特(binary), 元组(tuple), 集合(set), 记录(record),Go 则没有支持.
Go 对 C 语言的很多语法特性做了改良, 正如 Rob Pike 在Less is Exponentially More http://commandcenter.blogspot.com/2012/06/less-is-exponentially-more.html 中提到, Go 的 "起点: C 语言, 解决一些明显的瑕疵, 删除杂质, 增加一些缺少的特性.", 比如, 把 switch/case 的 case 子程序段默认 break 跳出, case 语句支持数值范围, 条件判断语句; 所有类型默认初始化为 0, 没有未初始化变量; 把类型放在变量后面的声明语法 (链接 http://blog.golang.org/gos-declaration-syntax ), 使复杂声明更加清晰易懂; 没有头文件, 文件的编译以包组织, 改善封装能力; 用空接口(interface {}) 代替 void * 的位置, 提高类型系统能力等等.
Go 对函数, 方法, 接口做了清晰的区分. 与 Erlang 类似, Go 的函数作为第一公民. 函数可以让我们将一个语句序列打包为一个单元, 然后可以从程序中其它地方多次调用. 函数和方法的区别是指有没有接收器, 而不像其他语言那样是指有没有返回值. 接口类型具体描述了一系列方法的集合, 而空接口 interfac{}表示可以接收任意类型. 接口的这 2 中使用方式, 用面对对象编程范式来类比的话, 可以类比于 subtype polymorphism(子类型多态)和 ad hoc polymorphism(非参数多态).
从图中示例可以看出, Go 的 goroutine 就是一个函数, 以及在堆上为其分配的一个堆栈. 所以它非常廉价, 我们可以很轻松的创建上万个 goroutine, 但它们并不是被操作系统所调度执行. goroutine 只能使用 channel 来发送给指定的 goroutine 请求来查询更新变量. 这也就是 Go 的口头禅 "不要使用共享数据来通信, 使用通信来共享数据".channel 支持容量限制和 range 迭代器.
Go/Python/Erlang 语言词法对比
Go,Python,Erlang 三种语言词法符号的详细对比如下(点击见完整大图).Go 的词法符号是 3 个语言中最多的, 有 41 个, 而且符号复用的情况也较多. 相对来说, Python 最少, 只有 31 个.
Go 语言在词法和代码格式上采取了很强硬的态度. Go 语言只有一种控制可见性的手段: 大写首字母的标识符会从定义它们的包中被导出, 小写字母的则不会. 这种限制包内成员的方式同样适用于 struct 或者一个类型的方法.
在文件命名上, Go 也有一定的规范要求, 如以_test.go 为后缀名的源文件是测试文件, 它们是 go test 测试的一部分; 测试文件中以 Test 为函数名前缀的函数是测试函数, 用于测试程序的一些逻辑行为是否正确; 以 Benchmark 为函数名前缀的函数是基准测试函数, 它们用于衡量一些函数的性能.
除了关键字, 此外, Go 还有大约 30 多个预定义的名字, 比如 int 和 true 等, 主要对应内建的常量, 类型和函数.
TDD Go 编程示例
本小节以 TDD 方式开发一个斐波那契算法的方式, 展示 Go 的特性, 语法和使用方式, 如 Go 的单元测试技术, 并发编程, 匿名函数, 闭包等.
首先单元测试文件如下:
- package main
- import (
- "testing"
- )
- func TestFib(t *testing.T) {
- var testdatas = []struct {
- n int
- want int64
- }{
- {0, 0},
- {1, 1},
- {2, 1},
- {3, 2},
- {4, 3},
- {16, 987},
- {32, 2178309},
- {45, 1134903170},
- }
- for _, test := range testdatas {
- n := test.n
- want := test.want
- got := fib(n)
- if got != want {
- t.Errorf("fib(%d)=%d, want %d\n", n, got, want)
- }
- }
- }
基于递归的实现方案:
func fib1(n int) int64 {
- if n == 0 || n == 1 {
- return int64(n)
- }
- return fib1(n-1) + fib1(n-2)
- }
测试结果:
crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 9.705s
real 0m10.045s
user 0m9.968s
sys 0m0.068s
基于 goroutine 实现的并发方案:
func fib2(n int) int64 {
- var got int64
- var channel = make(chan int64, 2)
- if n == 0 || n == 1 {
- return int64(n)
- }
- runtime.GOMAXPROCS(2)
go func() { channel <- fib1(n - 2) }()
go func() { channel <- fib1(n - 1) }()
- got = <-channel
- got += <-channel
- return got
- }
测试结果:
crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 6.118s
real 0m6.674s
user 0m10.268s
sys 0m0.148s
基于迭代的实现方案:
func fib3(n int) int64 {
var a, b int64
a, b = 0, 1
- for i := 0; i < n; i++ {
- a, b = b, a+b
- }
- return a
- }
测试结果:
crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 0.002s
real 0m0.547s
user 0m0.328s
sys 0m0.172s
基于闭包的实现方案:
func fibWrapper4() func() int64 {
var a, b int64
a, b = 0, 1
- return func() int64 {
- a, b = b, a+b
- return a
- }
- }
- func fib4(n int) int64 {
- var got int64
- got = 0
- f := fibWrapper4()
- for i := 0; i < n; i++ {
- got = f()
- }
- return got
- }
测试结果:
crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 0.002s
real 0m0.411s
user 0m0.260s
sys 0m0.140s
-- 完 --
来源: https://www.cnblogs.com/wahaha02/p/8876445.html