Go/Python/Erlang编程语言对比分析及示例代码

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）的并发实现，go是基于goroutine和管道（channel）的并发实现。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，切换在用户态完成，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，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，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）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》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，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），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 *，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。所以其系统开销很小，可以轻松的创建上万个goroutine，并且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4次重构开发一个斐波那契算法的方式，来简单展示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，看一下tdd最终形成的单元测试文件：

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：

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：

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：

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

总结

以上所述是小编给大家介绍的go/python/erlang编程语言对比分析及示例代码，希望对大家有所帮助