Go/Python/Erlang編程語言對比分析及示例代碼

本文主要是介紹Go，從語言對比分析的角度切入。之所以選擇與Python、Erlang對比，是因為做為高級語言，它們語言特性上有較大的相似性，不過最主要的原因是這幾個我比較熟悉。

Go的很多語言特性借鑒與它的三個祖先：C，Pascal和CSP。Go的語法、數據類型、控制流等繼承于C，Go的包、面對對象等思想來源于Pascal分支，而Go最大的語言特色，基于管道通信的協程并發模型，則借鑒于CSP分支。

Go/Python/Erlang語言特性對比

 如《編程語言與范式》一文所說，不管語言如何層出不窮，所有語言的設計離不開2個基本面：控制流和數據類型。為了提升語言描述能力，語言一般都提供控制抽象和數據抽象。本小節的語言特性對比也從這4個維度入手，詳見下圖（點擊見大圖）。

圖中我們可以看出，相比于Python的40個特性，Go只有31個，可以說Go在語言設計上是相當克制的。比如，它沒有隱式的數值轉換，沒有構造函數和析構函數，沒有運算符重載，沒有默認參數，也沒有繼承，沒有泛型，沒有異常，沒有宏，沒有函數修飾，更沒有線程局部存儲。

但是Go的特點也很鮮明，比如，它擁有協程、自動垃圾回收、包管理系統、一等公民的函數、棧空間管理等。

Go作為靜態類型語言，保證了Go在運行效率、內存用量、類型安全都要強于Python和Erlang。

Go的數據類型也更加豐富，除了支持表、字典等復雜的數據結構，還支持指針和接口類型，這是Python和Erlang所沒有的。特別是接口類型特別強大，它提供了管理類型系統的手段。而指針類型提供了管理內存的手段，這讓Go進入底層軟件開發提供了強有力的支持。

Go在面對對象的特性支持上做了很多反思和取舍，它沒有類、虛函數、繼承、泛型等特性。Go語言中面向對象編程的核心是組合和方法(function)。組合很類似于C語言的struct結構體的組合方式，方法類似于Java的接口(Interface)，但是使用方法上與對象更加解耦，減少了對對象內部的侵入。Erlang則不支持面對對象編程范式，相比而言，Python對面對對象范式的支持最為全面。

在函數式編程的特性支持上，Erlang作為函數式語言，支持最為全面。但是基本的函數式語言特性，如lambda、高階函數、curry等，三種語言都支持。

控制流的特性支持上，三種語言都差不多。Erlang支持尾遞歸優化，這給它在函數式編程上帶來便利。而Go在通過動態擴展協程棧的方式來支持深度遞歸調用。Python則在深度遞歸調用上經常被爆棧。

Go和Erlang的并發模型都來源于CSP，但是Erlang是基于actor和消息傳遞（mailbox）的并發實現，Go是基于goroutine和管道（channel）的并發實現。不管Erlang的actor還是Go的goroutine，都滿足協程的特點：由編程語言實現和調度，切換在用戶態完成，創建銷毀開銷很小。至于Python，其多線程的切換和調度是基于操作系統實現，而且因為GIL的大坑級存在，無法真正做到并行。

而且從筆者的并發編程體驗上看，Erlang的函數式編程語法風格和其OTP behavior框架提供的晦澀的回調（callback）使用方法，對大部分的程序員，如C/C++和Java出身的程序員來說，有一定的入門門檻和挑戰。而被稱為“互聯網時代的C”的Go，其類C的語法和控制流，以及面對對象的編程范式，編程體驗則好很多。

Go/Python/Erlang語言語法對比

所有的語言特性都需要有形式化的表示方式，Go、Python、Erlang三種語言語法的詳細對比如下（點擊見完整大圖第一部分，第二部分，第三部分）。這里（鏈接）有一個詳細的Go 與 C 的語法對比，這也是我沒有做Go vs. C對比的一個原因。

正如Go語言的設計者之一Rob Pike所說，“軟件的復雜性是乘法級相關的”。這充分體現在語言關鍵詞（keyword）數量的控制上，Go的關鍵詞是最少的，只有25個，而Erlang是27個，Python是31個。從根本上保證了Go語言的簡單易學。

Go語言將數據類型分為四類：基礎類型、復合類型、引用類型和接口類型。基礎類型包括：整型、浮點型、復數、字符串和布爾型。復合數據類型有數組和結構體。引用類型包括指針、切片、字典、函數、通道。其他數據類型，如原子（atom）、比特（binary）、元組（tuple）、集合（set）、記錄（record），Go則沒有支持。

Go對C語言的很多語法特性做了改良，正如Rob Pike在《Less is Exponentially More》中提到，Go的“起點： C語言，解決一些明顯的瑕疵、刪除雜質、增加一些缺少的特性。”，比如，switch/case的case子程序段默認break跳出，case語句支持數值范圍、條件判斷語句；所有類型默認初始化為0，沒有未初始化變量；把類型放在變量后面的聲明語法（鏈接），使復雜聲明更加清晰易懂；沒有頭文件，文件的編譯以包組織，改善封裝能力；用空接口（interface {}）代替void *，提高類型系統能力等等。

Go對函數，方法，接口做了清晰的區分。與Erlang類似，Go的函數作為第一公民。函數可以讓我們將一個語句序列打包為一個單元，然后可以從程序中其它地方多次調用。函數和方法的區別是指有沒有接收器，而不像其他語言那樣是指有沒有返回值。接口類型具體描述了一系列方法的集合，而空接口interfac{}表示可以接收任意類型。接口的這2中使用方式，用面對對象編程范式來類比的話，可以類比于subtype polymorphism(子類型多態)和ad hoc polymorphism(非參數多態)。

從圖中示例可以看出，Go的goroutine就是一個函數，以及在堆上為其分配的一個堆棧。所以其系統開銷很小，可以輕松的創建上萬個goroutine，并且它們并不是被操作系統所調度執行。goroutine只能使用channel來發送給指定的goroutine請求來查詢更新變量。這也就是Go的口頭禪“不要使用共享數據來通信，使用通信來共享數據”。channel支持容量限制和range迭代器。

Go/Python/Erlang語言詞法對比

Go、Python、Erlang三種語言詞法符號的詳細對比如下（點擊見完整大圖）。Go的詞法符號是3個語言中最多的，有41個，而且符號復用的情況也較多。相對來說，Python最少，只有31個。

Go語言在詞法和代碼格式上采取了很強硬的態度。Go語言只有一種控制可見性的手段：大寫首字母的標識符會從定義它們的包中被導出，小寫字母的則不會。這種限制包內成員的方式同樣適用于struct或者一個類型的方法。

在文件命名上，Go也有一定的規范要求，如以_test.go為后綴名的源文件是測試文件，它們是go test測試的一部分；測試文件中以Test為函數名前綴的函數是測試函數，用于測試程序的一些邏輯行為是否正確；以Benchmark為函數名前綴的函數是基準測試函數，它們用于衡量一些函數的性能。

除了關鍵字，此外，Go還有大約30多個預定義的名字，比如int和true等，主要對應內建的常量、類型和函數。

TDD Go編程示例

本小節以TDD方式4次重構開發一個斐波那契算法的方式，來簡單展示Go的特性、語法和使用方式，如Go的單元測試技術，并發編程、匿名函數、閉包等。

首先，看一下TDD最終形成的單元測試文件：

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)
    }
  }
}

基于遞歸的實現方案：

func fib1(n int) int64 {
  if n == 0 || n == 1 {
    return int64(n)
  }
  return fib1(n-1) + fib1(n-2)
}

測試結果：

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實現的并發方案：

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
}

測試結果：

crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 6.118s
real 0m6.674s
user 0m10.268s
sys 0m0.148s

基于迭代的實現方案：

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
}

測試結果：

crbsp@fib$ time go test
PASS
ok _/home/crbsp/alex/go/fib 0.002s
real 0m0.547s
user 0m0.328s
sys 0m0.172s

基于閉包的實現方案：

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
}

測試結果：

crbsp@fib$ time go test
PAok _/home/crbsp/alex/go/fib 0.002s
real 0m0.411s
user 0m0.260s
sys 0m0.140s

總結

以上所述是小編給大家介紹的Go/Python/Erlang編程語言對比分析及示例代碼，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對億速云網站的支持！