编程语言之间的差异有哪些?如何挑选你的第一门语言?

发表时间: 2022-07-22 12:01

不同编程语言有不同的差异,但本质上都相同,都有着流程控制语句和循环、加减乘除运算等,都是通过批量处理来完成重复性的工作。一门好的语言要符合人性,让人使用起来顺手,还不容易出错,写的代码还易于维护和扩展,同时运行速度要足够快。这个世界上并没有完美的语言,不同语言在不同环境下有着不同的优势。以下让我们通过一个算法实例来理解不同语言之间的差异。

算法例子:质因数分解算法

我们通过这个算法例子来简单弄明白各语言之间的差异,以下给出的是部分实现代码,更详细代码需要查看源文件。

首先什么是质因数分解算法?即任意一个合数可以分解为多个质数相乘。

例如:20 = 2 * 2 * 5; 45 = 3 * 3 * 5; 210 = 2 * 3 * 5 * 7

按数学运算:列竖式或左右分解,拿能被整除的最小的质数做除数,不断整除得到新的得数,最后把所有的除数和最后的得数连起来就是。

质因数分解图例

代码实现思路:

  1. 先设立一个除数,从最小的质数开始,也就是2;
  2. 当能够被当前除数整除时,该除数就是因数,将原数字设为被整除后的结果;
  3. 继续从该除数开始整除新的结果,并不断循环;
  4. 当无法被整除时,则递增得到新的除数,继续第2步;
  5. 直到除数的平方大于要分解的值,终止循环。 最后所有的除数与剩下的大于1的那个得数就是分解结果。

各种编程语言的比较:

一、C语言

C语言是面向过程的静态编译型语言,也是一切高级语言的鼻祖,可以说如今几乎所有流行的语言都有C语言的影子。C语言在底层开发,包括操作系统、驱动、中间件、图形库、数据库、网络库等开发等有着无可替代的作用。

C语言的生命力也是最长的,流行了近50年,至今还是开发排行榜前3的位置。C语言足够简洁清晰,没有那么多概念,也没有那么多API,性能极好,它是所有编程人员都应该掌握的语言,可以作为计算机基础来学。

C语言代码实现如下,该factorize可以返回一个分解后的数组。从代码里可以看出,首先需要申请一个动态数组result,长度为len的内存空间。该数组用来保存分解数,每分解出一个数字时则追加到数组中去,数组下标也随之增加。当分解完成后,最后返回分解数的数组。

代码逻辑:

  1. 建立双循环,自最小的质数2开始不断递增遍历。
  2. 外层循环为是否继续分解的条件,当i的乘方小于等于要分解的数字时,说明还可以分解。i不断递增,直到i的平方大于num为止。
  3. 内循环则不断用num来除以约数,看能否除尽,能除尽则以得数作为新的num来继续分解,并将刚才的除数i追加到分解结果中。当i无法整除num时,说明当前i分解完成,则跳出内循环。
  4. 当循环终止后,最后分解的得数如果小于i的平方就没法继续分解,如果i大于1那剩下的num就是最后一个分解数。

二、C++语言

C++语言是C语言的超集,它扩充和完善了C语言。增加了类的概念,并引进了运算符重载、引用、虚函数等。C++做什么都离不开对象和类,其核心思想是多态,继承,封装。C++的语法与C几乎一致,基本上C的代码可以在C++下运行,但是C++比C语言要复杂和更难掌握,相对来讲C更加清晰易懂。

由于C语言相对简单,且是过程式,开发大型复杂系统或者大型软件界面时会力不从心,于是C++应运而生。其实我并不觉得C++比C好或强大,大型系统完全可以通过自己组织代码来得到良好架构,也有很多单独C语言UI库。

C++的生命力也很强大,几乎是很多中大型系统、游戏、桌面软件、服务端、网络通信等的首选语言,至今也在开发排行榜前5的位置。

这里C++代码实现与C语言一致,因为没有用到面向对象,所以没有任何区别。其他差异可以从github仓库里查看。

三、Java语言

Java语言发明于上世纪90年代,由Sun公司推出,后被Oracle收购。Java是一门面向对象编程语言,吸收了C++的各种优点,但放弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念。同时提供了垃圾自动回收的能力,程序员再也不用手动释放内存了。

Java的语法与C基本一致,除了增加了类以及集合相关的概念。Java主要面向的领域是后台开发、中间件开发、Android开发、大数据开发等,目前Java是编程排行榜排名第一的语言,非常流行,作为入门学习语言非常不错。不过由于设计的过于严谨刻板导致有些臃肿,目前已有下滑的迹象。后起之秀Go、Kotlin、NodeJS、Dart无不在蚕食Java的地盘。

相信不久的将来,Java开发排行榜老大的地位将面临很大的挑战。跟Java非常像的是它的老对手C#,这个语言在Windows环境下那是绝对的老大,但可惜在Linux以及Mac、iOS、Android等系统下,C#几乎无人问津。Java地位岌岌可危,但C#进化得不错,前景很好,这里不再赘述。

这里Java版使用了ArrayList,是长度可变的列表,相比C语言使用数组来讲要方便些。代码上基本一样,如果也使用int数组,那代码就几乎一样了。Java里一切都是以Class为基础,所有内容都必须放在Class内,方法(函数)、属性(变量)不能独立于外。

四、JavaScript语言

JavaScript是网景公司在90年代不经意间发明的一种语言,起初是为了解决浏览器内交互的问题。最初的名字是LiveScript,但当时Java刚刚推出,因为从语法上也参考了Java,因此就借鉴了Java的名字,改为JavaScript。但实际上它的语言本质更接近Self及Scheme,JavaScript是一门基于对象的函数式动态编程语言。它非常灵活,语法越来越完善,看起来非常简单,但是要想真的搞明白原理,却并不容易。

中国有句话叫“无心插柳柳成荫”,这句话用在JavaScript身上再合适不过了。JavaScript博采众长,吸收了Self、Scheme、Java、C等语言的优势,目前已经发展成为全球使用人数最多的编程语言,在开发排行榜上也在不断攀升。

JavaScript是弱类型语言,其数组不限类型,也无需指定长度,使用起来非常简单易懂。整个代码写法与Java也非常像,只不过简洁了许多。

JavaScript除了独占浏览器编程之外,在后台开发、移动开发、桌面开发、嵌入式开发等领域均有所发挥,可以说未来不可限量。甚至有人说凡是可以用JavaScript实现的应用,最终都会用JavaScript实现。

五、TypeScript语言

Typescript是微软在2012年推出的基于JavaScript的一个变种或者称之为超集语言,完全兼容JavaScript,最后会编译成JS来执行。它主要增加了强类型和增强了面向对象,集成了接口和Type等概念,写法上与JS几无差异,有点类似于C++之于C的感觉。

TypeScript的发展态势也很好,在使用大型工程时,强类型和面向对象的确有些好处。随着前端工程越来越庞大,TypeScript也越来越受到欢迎。只是TypeScript由微软开发,而JS来自ECMA这个国际化标准组织。

且JavaScript正在不断发展变化,也在不断增加TS的那些语法糖。存在一个可能是将来有一天JS跟TS非常接近,甚至完全一致,那时候TS可能面临退出编程舞台。但JS或许并不一定会那么发展,因为那跟灵活多变的动态思路有悖。

因此TypeScript并不适合作为入门学习语言,而是在已经比较熟悉JavaScript的基础上再来学习TypeScript会比较好。

六、Python语言

Python是支持面向对象和面向过程,也支持函数式编程的解释型编程语言,它在语法风格上也属于C语言系。但它与其他语言所不同的是采用缩进来表示包含关系,而不是花括号。喜欢这种风格的人对此爱得要命,不喜欢的人则反感至极。

从语言特性上来讲,可以说Python与JS最为接近,既可以采用面向对象,也可以采用函数式。它与Java不同,没有变量类型声明关键词,方法也可以脱离于类存在。Python总体上是一个强类型语言(但因为无需明确变量类型,以及存在自动类型转换,所以也不是严格意义的强类型)。

看Python代码,可以说是最简单明了,最易懂。与JavaScript一样,Python也是动态脚本语言,列表(数组)也是动态可变的,其列表操作非常好用。Python很适合新手学习,因为简单,同时含括了编程的几乎所有概念。

Python自90年代推出,早期为增强Shell脚本,后来发展为Web后台语言,一直不温不火,后来随着大数据和人工智能的流行,Python在这两个领域里大放光彩,未来前景非常好,是最值得推荐学习的入门语言。

看下Python的代码量是否最少(跟JS差不多),也最好懂?

七、Go语言

Go语言是静态编译强类型语言,由Google于2009年推出,其初衷是替代C语言做系统开发,但目前来看更多是替代Java做服务端开发。其语法风格与C十分接近,在C语言基础上增加了内存安全和垃圾自动回收功能。

Go语言不以类为依赖,语言非常简练,语法风格上是C和JS的混合体,变量声明是var,数组空间需要提前申请,无需括号和分号。从这段代码来看与C语言差异不大,本质上是C的变体。

Go语言目前在微服务和云原生领域颇受欢迎,在高并发、高可用Web应用中发挥着良好的作用,这部分有取代Java的趋势。Go语言在分布式系统、网络编程领域表现良好,目前最流行的容器编排系统Kubernetes就是Go语言编写,未来更多云原生应用会逐渐采用Go语言。

Go作为新贵,这几年开始在服务端大放异彩,因此如果您是新一代的开发者,那么跳过C++和Java,直接学习Go也是值得推荐的。看下Go的代码风格,您感觉舒服吗?我感觉比起Java好一些。

八、Kotlin语言

Kotlin是JetBrains公司于2011年推出的编程语言,这是一个面向JVM的新语言。JetBrains就是开发IDEA编辑器的公司。

Kotlin代码最终编译成Java字节码class执行,也可以编译成JavaScript,以方便在没有JVM的设备上运行。除此之外Kotlin还可以编译成二进制代码直接在操作系统上运行。

Kotlin也可以看成是一种Java语法糖,是完全兼容Java语法的。Kotlin相当于是简化版的Java,的确Java太臃肿了,Kotlin提供了变量类型、高阶函数、函数独立等,使得编程风格更接近于JS和Python。

在Kotlin 中没有原始类型,一切都是对象。参数一旦将值分配给val,就无法更改。如果想重新分配它,则必须将其声明为var,而在Kotlin的方法中,参数隐式声明为final val,也无法更改参数。因此,这里将number赋值给变量num。

Kotlin语言设计的确很优秀,目前已正式成为Android官方支持的开发语言,所以如果做Android开发,那么直接学Kotlin吧,没必要学Java了。看以下代码是否有Java和JS的影子?

九、Dart语言

Dart是支持即时编译和提前编译的强类型语言,于2011年由Google推出。主要针对JavaScript,对JavaScript一些不适合的特性进行改进,如弱类型,非完全面向对象等。Dart的理念是借鉴Java 语言的数据类型和内存管理机制和面向对象的特征,同时借鉴 Scheme 语言,将函数提升到“第一等公民”(first class),再就是参考 Self 语言,使用基于原型(prototype)的继承机制。这么看来几乎就是JavaScript的翻版或者说是JavaScript增强实现,跟TypeScript不同的时,它并不兼容JavaScript。

Dart语法与JS几乎一致,只不过需要提前编译并且是严格数据类型。但在实际使用上与JS可谓非常接近,熟悉JS或TS的开发者上手几乎零成本。

Dart目前主要用在Flutter框架下,用于Android系统开发App,目前来看未来存在较大不确定性。因此Dart不太适合作为入门语言,而是在你充分掌握JavaScript或Java的前提下去学习它。

注意这里取整除法与其他语言略有不同,如果不加~则得到小数了。

十、Swift语言

Swift是苹果于2014年推出的旨在替代Objective-C的语言,主要用于iOS开发。Swift是静态编译强类型语言,但从语法风格上跟JS有点相似,用var声明,function第一型,结尾不要分号,function缩写为func。似乎也跟Go语言有点像。可以说Swift具有脚本语言的表现力和趣味性,同时具备系统编程语言的严肃性和高性能,取代Objective-C指日可待。但是Swift似乎领域有限,仅限于Mac和iOS客户端开发。

从语言趋势上看,C+Java+JS的结合体会是大势所趋。尤其是类JS和Python语法,几乎所有最新的高级语言都在吸收JS或Python的简洁优雅特性,当然都摒弃了JS弱类型的特点。从Swift看数组声明也非常方便,无需申请空间和指定长度,可以任意append与移除。看看以下代码,是否与JS几乎一致了?

Swift是所有做苹果和iOS开发所必须学习的语言,但不适合作为编程新手入门学习。因此编程入门还是学更大众和流行的语言为好。

十一、Objective-C语言

Objective-C(简称OC)是苹果原生的开发语言,衍生于C语言,在Mac下就像Windows里面的VC++一样。但说实话OC的语法看起来并不是很友好,从变量声明到对象调用,看起来与其他语言不是很一致,使用起来觉得和别扭。虽然语法风格上有点别扭,但总体上来也是类C的,所以本质上区别不大。

OC的类声明是Interface,然后通过implementation来实现类。OC的方法如果写在类里,则是方法,如果写在外面就是函数。其数组要申请分配空间,但长度无需指定。其数组操作和对象引用的写法上与其他语言差异较大,但从本质上来讲也是一致的,只是语言风格有所差异,所以习惯了也还好。

看一下OC的这个类和方法,相比其他语言来讲总体结构一致,但是语言风格上要显得啰嗦。所以,OC不适合作为入门学习语言,甚至可以不去专门研究,直接学习Swift即可。

十二、Rust语言

Rust最初由Mozilla研究院提出,后经多方改良,于2015年正式发布。Rust的语法和C、C++非常类似,它的目标就是替代C和C++。

Rust的目标是高安全、高性能、高并发,它抛弃了影响性能的垃圾回收器,通过变量所有权的方式来自动释放内存,同时提供多线程支持,Rust是内存安全的。

Rust 虽然没有没有专门的Class来声明对象,但它支持面向对象。Rust可通过结构体来定义类,再通过impl来实现。在 Rust 中虽没有extends,但可以通过特性(trait)实现多态。

Rust从语法上足够精炼,风格比较像简练的高级语言,提供的元组(Tuple)和动态数组(Vector)、切片(Slice)模式非常方便,没有C/C++操作数据那么繁琐,但同时其又保持了底层语言的优越性能,能看得出来Rust是牛人精心打造的。所以未来,很可能Rust会取代C、C++以及Go和Java。

因此Rust是个非常值得学习的语言,但是不太适合新手入门。当你掌握了Python、Java或JavaScript的任意一种,这时候非常有必要学习Rust。

总结

以上分析了目前流行的几门语言的特点,包括C、C++、Java、JS、Python等流行语言,同时也研究了Swift、Go、Kotlin、Dart、Rust等新型语言。

以上这些语言在未来长时间内都会有着不错的发展,暂时来看都不会被其他语言所替代(已被替代或将会被替代的语言我都没有提及),其中C/C++、Java、Python、JavaScript/TypeScript、Go、Kotlin、Swift都有着不错的就业前景,如果要找工作,这几门语言都不错。

如果想要学习编程,先要理解数据结构和算法,可以由C语言开始,然后需要挑一门编程语言由浅入深,系统性地学习。那么Python、Java或JavaScript、Go,都是不错的选择。

源码下载:

https://github.com/microwind/algorithms/tree/master/factor

algorithms/factor at master · microwind/algorithms · GitHub

https://github.com/microwind/algorithms

GitHub - microwind/algorithms: Some algorithm code for JS/Java/C/Python and other programming languages

https://github.com/microwind/algorithms/blob/master/recommand-learning-languages.md


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