编程语言概述

众所周知, 计算机这个行业是不断发展的。 编程语言就是其中之一，要么是出现新的语言，要么是出现这个语言的特性升级。 其他领域，比如法律和医学， 知识更新迭代的速度远比不上编程领域.
让我来沏一杯茶，闲聊一下编程语言这个老生常谈的话题.

• 编程语言历史
• 什么是编程语言？
• 编程语言的种类
• 设计一门编程语言需要解决什么问题？
• 编程语言的未来

编程语言历史

• 1842年：第一个程序

  Ada Lovelace 在笔记本上写了一些计算机指令一样的东西，后来被公认是世界上的第一道计算机程序，只是那时计算机还没有问世。

• 1957年: FORTRAN - 第一个程序员可以使用的程序

  John Backus 发明了 FORTRAN，这是第一门真正意义上有程序员在使用的编程语言

• 1959年: COBOL

  Grace Hopper 发明了第一门企业级的编程语言，叫作“common business-oriented language”，简称 COBOL

• 1964年：BASIC

• 1970年：Pascal

• 1972年: C语言 - 为Unix的出现奠定了基础

• 1980年: Smalltalk - 第一个支持面向对象的语言

• 1983年: Ada

• 1983年: c++

• 1986年: Objective-c

• 1987年: Perl

• 1991年: Python

• 1993年: Lua

• 1994年: PHP

• 1995年: Ruby

• 1995年: Java

• 1995年: Javascript

• 2001年: C#

• 2009年: Go

• 2010年: Rust

• 2012年: TypeScript

• 2014年: SWift

根据公开的语言排行榜，排名前十的语言都是70年代以后诞生的语言. 这里面, C语言在底层领域是霸主，Java在应用领域独占鳌头, Python是数据处理领域的翘楚, JS是Web开发领域的不二人选.

什么是编程语言？

编程语言和中文，英文都有相似的地方，比如要符合一定的语法，但又稍许有些不同，比如人和人完全可以用汉语交流所有问题， 但计算机却没有这样一个语言能解决所有问题.
编程语言是给开发者使用的一种模型工具. 它符合一定的规范， 以某种方式解决了特定领域的问题。 这种方式背后的思想包括且不限于

• 抽象
  • 抽象的目的是为了提供统一的方式来处理现实中的概念和行为
  • 一个例子：在国家层面，不管男女老幼，都统一叫做公民，公民这个词就是一个抽象，在计算机领域可以表现另外一种名字: ID
• 隔离
  • 软件开发的根本目的是为了控制复杂度。而分离关注点是其中的一个有效方式
  • 一个例子： 国家以秦岭淮河为分界线，将中国的地域分为南方和北方。
  • 隔离抽象和实现
  • 隔离重要和非重要
  • 隔离不变和变化
• 组合
  • 这个世界上大多数系统是基于还原论的，软件系统也不例外。
  • 一个系统如果是可以还原的，那么就是可以组合的.
  • 一个生活中例子：不同的县组成了市，不同的市组成了省，不同的省组成了国家.

本文为了方便讨论, 讨论的领域仅限于企业级应用领域

编程语言的种类

编程语言的种类远多于数据库和操作系统的种类，正如武林中有各种各样的门派一样，编程语言也有很多门派. 这些门派之间也是口水不断和相互鄙视的。

过程式编程

过程式编程的核心概念是结构体和过程（也可以称为函数）

• 侧重于描述先做什么，后做什么，符合人的自然思维
• 缺点
  • 函数是全局的，没有访问控制.
  • 项目规模变大了，代码会比较混乱，容易形成意大利面条的形式.

面向对象编程

面向对象的价值主张是一切皆对象。 对象包含状态和行为. OO的鼻祖是SmallTalk，

I thought of objects being like biological cells and/or individual computers on a network, only able to communicate with messages (so messaging came at the very beginning – it took a while to see how to do messaging in a programming language efficiently enough to be useful)….OOP to me means only messaging, local retention and protection and hiding of state-process, and extreme late-binding of all things. It can be done in Smalltalk and in LISP.

从上面这段面向对象设计的初衷我们可以看到

• 对象类似网络的一个独立的节点
• 对象隐藏了内部的状态
• 对象和对象之间是通过消息方式来交互协作的

其中对象是一个独立的节点在不同的场景下，它可以是：组件，服务或者一个独立的系统.
要实现以上特性，必须做好下面的事情

• 抽象 - 需要不断的总结和归纳名词，将名词放到特定的层次和类别, 也正应了命名是计算机的两大难题之一
• 隔离 - 在良好的抽象基础上，才能进行很好的隔离. 这是一种分解思维.

基于以上特点我们可以编写任何复杂的系统. OOP是一种思想，OOP程序不一定要用OOP语言来写

这个世界上花花草草，各色人等都可以用名词来表示，所以围绕名词以及名词的行为来表达这个世界是很自然的事情。因为我们上学的时候无论是学语文还是学英文都是要从区分名词，动词，形容词等开始的。 所以围绕名词来描述和表达问题对人的认知来说，是丝滑般的自然.

一些符合面向对象思想的例子:

• 猫是一种动物。 很多时候，我们要回答这个东西是什么
• 审批流程，员工A想要请假，小组长需要审批，上面的经理也需要审批，这个流程是可以画出一个协作图. 可以想象一下函数式编程如何处理这个问题

反对OO的声音

• 对象是有状态的.
• 想要引用一个对象的行为，就必须把它相关的对象都引用进来

  你想要香蕉，但是得到的却是拿着香蕉的大猩猩和整个丛林

  拾遗
• 相比于继承，优先使用组合是业界主流。
• 一个大型应用项目，对对象进行正确的抽象，以及合理定义对象之间的关系意味这个大型应用已经成功了50%，在此基础上对对象的行为进行合理定义，意味着这个应用已经成功了70%
• 面向对象和关系型数据库是好基友
• 面向对象诞生在单核时代.
• 一个类有私有和公开的部分，私有的部分是针对维护者，公开的部分是针对使用者。在使用者眼中看来，公开的契约或者接口就是全部的功能， 使用起来能降低使用者的认知负担. 以前的老式收音机，会有音量，调频，开关三个键，这三个键就是全部的功能，满足用户的所有需求.

函数式编程

函数式编程的价值主张是一切皆函数. 函数从语义上来说，强调的是行为。 它有两个核心原则

• Stateless - 简而言之就是函数内部不保存任何状态.
  • 求解1+2+4，在过程式编程中，先算出1+2=3，作为一个值保存在变量中，然后再加上4得到最终结果7。
  • 求解1+2+4，在函数式编程中，函数接受输入1，2 返回结果3，然后将返回结果3和数据4作为输入传函数，最终返回结果7
• Immutability - 输入的数据是不能被改变的. 有一个复印的函数，输入是原始照片，输出是复印件，函数执行完毕之后，原始的照片必须是完好无损的.

所有的函数式编程都必须遵守这两个核心原则. 函数式编程也是声明式编程的一种.

函数式编程用到的技术

• 尾递归优化
• map & reduce
• 管道 - 函数可以按顺序组合. 其思想来自Unix, 如果将这种组合思想应用到宏观领域就是服务的编排
• 递归 - 从直觉上定义和描述问题. 暗含了”做什么”的思想
• 柯里化 - 将一个函数的多个参数分解为多个函数. 暗含了分解和隔离思想
• 高阶函数 - 将函数A作为参数传入去，然后包装成另外一个函数再返回. 这里体现了分层和组合思想. 这是一个很重要的特性, 因为任何问题是可以分层次解决的.

一些符合函数式编程的例子:

• 斐波拉契数列: f(x)=f(x-1)+f(x-2)
• 对一组数据进行加工，排序，然后分组，然后过滤，然后转换，最终得到结果. 可以想象一下面向对象是如何处理这个问题的

函数式编程的优势:

• 没有状态就没有伤害，很契合高并发场景.
• 重构代码的时候可以基于Copy的方式.

反对函数式编程的声音

• 保证不变性是有代价的

  对某个下标的数组元素的修改，就需要复制整个数组.

总结

函数式和面向对象都有各种的粉丝， 两波粉丝也是口水不断, 都是拿各自的优点来攻击对方的缺点.
正如我们前面提到的，这个世界上没有所谓的优点和缺点，只有特点.
脱离问题和场景谈优缺点都是耍流氓.

• 当今的软件开发主要是在工程领域，而不是科学领域. 科学领域主要是研究理论和算法. 工程领域主要是解决现实中的业务问题. 根据二八法则，高水平的开发者只占20%, 一般水平的开发者占其中的 80% 。既然是工程问题，那么肯定有一大批开发者，这些开发者的水平也是参差不齐的。所以就需要一些相对简单的方式来满足大多数开发者写业务逻辑。而面向对象这种模型满足来80%的开发群体. 但这个理由还不是最充分的.
• 如果软件的规模很大，量变就会产生质变. 就需要简单的方式来写业务。只有简单符合直觉的东西，才是可读的，可理解的，然后是可维护的. 面向对象满足着一点。这是一个事实型的结论。 市面上的大型软件没有一个是基于函数式构建的.
• 写代码和写文章没有本质的区别. 写文章也要遵循一定的机构，比如总分总。写代码也是，但更严格. 代码是写给人看的，然后顺便可以执行.

设计一门编程语言需要考虑什么问题？

如果要实现一门现代编程语言，需要考虑哪些方面的问题？ 从语言的能力的角度， 它需要有

• 类型系统
  • 强类型系统
    • 如何表达基本类型？ 整型，字符型，布尔型.
    • 如何表达非基本类型？ 类和函数谁是第一等公民？
  • 弱类型系统
• 常用的算法和数据结构
  • 顺序存储和链式存储。 比如数组，链表
  • 字典
  • 集合的各种操作。 比如sort, sum, map, filter…
• 模块系统
  • 如何定义一个模块以及如何引入一个模块
• 流程控制
  • 顺序，选择，循环
• 异步
  • 如何优雅的处理异步
• 进程和线程
  • 如何处理高并发问题 - 这里的搞并发是狭义上的高并发
• 异常处理
  • 如果程序遇到非正常情况， 应该如何处理？
• 时间
  • 任何语言都必须提供良好的API支持时间。包括时区转换，时间格式化等操作.
• 网络
  • 如何收发消息？ NIO还是AIO?
• 正则
  • 这个是大多数语言都会内置的功能。 正则表达式是一种声明式语言
• 文件
  • 各种各样的文件操作和解析.
• 数据库
  • 如何连接数据库
  • 如何读写数据库
• 内存的分配和回收
  • 如何合理的利用内存？

编程语言和架构是什么关系？

编程语言和架构不是一个层次上的事物。
从设计重要性的角度来看， 架构的选择 > 编程语言的选择.
编程语言不会决定架构的选择，但是会对架构的选择产生一些影响。 当选择一门编程语言的时候，选择的往往不是这门编程语言本身，而是选择的基于这门语言的框架和生态. 就好比，张三娶了李四，娶的不仅仅是李四，还包括李四的家庭.
在云原生时代，应用的基本单位是容器，你可以用Go来构建一个微服务，也可以用Java来构建一个微服务，当然，也可以用Nest.js来构建微服务，语言之间的口水之争会慢慢淡化。

编程语言的衍生品

我们选择的往往不是一门语言，而是与此语言相关的生态。
先来看看以下几个基本事实

• Java毫无疑问是成功的.
  • 它有各种各样的规范
  • 它有Spring框架,稳定运行了20年，社区很活跃
  • 它可以运行在windows, linux, mac上
• JS是成功的
  • JS 语言本身是有缺陷的, 使用起来不是那么简单.
  • 前端只有一门JS语言，你别无选择
  • 它有React框架，FaceBook背书，相关的社区很活跃
  • 可以运行在各种浏览器端
• C#不是那么成功
  • .net 仅仅局限于windows. 虽然.net core 和.net5 现在可以运行在Linux上，但有相当一部分时间, .net是不能运行在linux上的.
  • .net没有一个像样的框架，比如Spring, 所以没有形成一个相应的活跃社区
  • .net 与微软这家公司息息相关.
  • C#的语言特性无疑是优雅的
  • C#的使用很简单
  • 国内大厂基本是Java系，C++系，或者Go系，没见过大厂使用.net的，典型的有京东和携程转Java

由上面的一些事实，我们可以得出一些结论

• 一个语言的语法优雅，是一件好事， 但从技术决策的角度而言, 不是那么重要
• 一个语言如果在一个领域没有替代品，而且这个领域又是刚需，那么这个语言活的很好，即使这个语言本身不好用.
• 一个语言想要活的好，需要有一个重量级别的框架或者工具. 这个框架符合以下两个特点最好.
  • 这个框架是由大公司开发和维护的
  • 这个框架是开源的，有很多开发者参与，形成了一个活跃的社区

    以上的这两个特点意味着这个框架试已经踩过各种坑，形成了自己的最佳实践和规范，小伙伴们可以放心使用，睡个好觉.

作为一个技术决策者来说，选择一门语言，主要考虑两个问题

• 要解决什么问题？总不能说要研发一个编译器，选择Java语言.
• 这个语言背后的生态是不是强大？

一个框架再牛，那它还是只是个工具，要做到心中无框架，才能无招胜有招.

编程语言的未来