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,则借鉴与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)。这里(链接)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。