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冒号课堂§5.3:动态语言

冒号课堂

第五课 语言小谈(3)

5.3 动态语言——披着彩衣飞舞的脚本语言

郑晖

摘要

动态语言简谈


故凡天下之理,欲向动上求静,静上求动

《蔡牧堂•发微论》

!预览

  • 程序是为终端用户服务的,而脚本是为程序员服务的

  • 动态语言秉承的一个理念是:优化人的时间而不是机器的时间

  • 待静态语言披盔戴甲、备马抬枪之际,动态语言已衣袂飘飘,长剑出手了

  • 当脚本语言披上动态语言的彩衣,昔日不起眼的毛毛虫便羽化成蝶,开始飘舞在众人追逐的目光之中

?提问

  • 脚本与程序的区别是什么?

  • 脚本语言有什么特点?为什么适合作粘合语言?

  • 动态语言有什么特点?它与脚本语言究竟有什么分别?

  • 动态语言也能用于大型应用开发吗?

  • 动态语言会最终取代静态语言吗?

:讲解

叹号急不可耐地问:“现在可以谈动态语言了吧?”

冒号感言:“曾几何时,动态语言还只是陪太子读书的角色,那时候它们的名字是‘脚本语言’。近来却迅速崛起,俨然有与静态语言分庭抗礼之势。”

问号忍不住问道:“动态语言与脚本语言是一回事吗?”

“相比动态语言定义上的模糊,脚本语言的概念还是比较明确的。”冒号回避直接给出答案,“脚本(script)的提法,是为了区别于一般的程序(program)。Perl的发明者Larry Wall不愧为语言学家,对此有一个精彩的说法:‘A script is what you give the actors, a program is what you give the audience’。直译为:脚本是给演员看的,节目是给观众看的。此言妙在一语双关——program兼有‘节目’和‘程序’的意思。”

句号领会其意:“这里的演员指的是程序员,观众指的是用户。换言之,程序是为终端用户服务的,而脚本是为程序员服务的。”

“正解!”冒号肯定道,“脚本最常见的形式是壳脚本(shell script),在非Unix类的操作系统中也称为批处理文件(batch file)。”

“批处理文件倒是很熟悉,壳脚本听起来就怪怪的。”逗号嘀咕着。

“那是因为你在Windows的世界里长大,听不惯Unix的方言。”冒号一语道破缘由,“操作系统的内核称为(kernel),出于安全考虑不便直接与用户交互,因此裹上一层(shell),即人们常说的命令行解释器(command line interpreter)。壳脚本是在壳上运行的脚本,扩展了命令行下可执行的命令。它最初主要是内建(built-in)命令的组合,用于系统程序的调度,是系统管理员的必备武器。其后,壳脚本也发展到用于应用程序的调度、连接、调试等,成为粘合(glue)语言。”

逗号不禁有些疑问:“难道一般的程序语言如C之类的不能作此用吗?”

引号回应道:“这些语言通常需要‘编写-编译-链接-运行’的循环过程,十分繁琐。脚本语言编写后即可运行,快捷方便得多。”

冒号点点头:“不错,既然脚本主要用于整合其他程序,本身并不占用太多的资源,同时逻辑也不太复杂,因此脚本语言注重简洁、实用,语法要求不那么严格,性能上的要求也不高。除壳脚本外,还有一些专用于文本处理(text processing)的语言或工具如AWK、sed和grep等,多用于读写配置文件和日志文件、过滤处理各种程序的输入和输出,对于整合各种程序也非常实用。随着对脚本语言需求的增长,其局限性日益突出,以Perl为代表的高级脚本语言便应运而生了。Perl在壳脚本、AWK、sed的基础上,融合了命令式的C与函数式的Lisp的特征,渐渐成为最流行的脚本语言之一。”

问号注意到:“JavaScript是浏览器端的脚本,来路似乎有些不同。”

冒号解释道:“除了命令行程序外,脚本语言在其他的应用程序中也身影频现,如图形界面应用、多媒体应用、网络应用等。尤其是网络应用,成为滋生和繁荣脚本语言最肥沃的土壤。例如:Perl非常广泛地用于网络服务器端的CGI编程;PHP更是专为动态网页而设计的语言;Ruby虽与Java同岁,但真正开始风行得益于网络应用框架Ruby on Rails的成功;至于JavaScript,长期被边缘化为网页设计人员的语言,是web2.0的新宠AJAX真正将其带入程序员的视线。”

逗号有些好奇:“什么时候脚本语言变成了动态语言呢?”

“尽管动态语言并无确切的定义,但不是所有的脚本语言都能称作动态语言的——比如Bash之类的壳脚本语言(shell script language);另一方面,也不是所有的动态语言天生就是为脚本服务的——比如Lisp[1]。不妨这么理解,脚本语言以语言的实际用途为标志,动态语言以语言的语法特征为标志。”冒号回答,“单从用途上看,一个脚本语言如果不再局限于命令行工具和粘合工具,从专用语言发展为通用语言,并能胜任复杂的应用开发,或许更有资格归为动态语言。”

句号发现:“动态语言似乎对字符处理都特别擅长。”

冒号道:“脚本语言与一般程序一个不同之处是,它一般是面向字符而非数值的,因为字符是最通用的接口,正好发挥其粘合作用,而数值运算对性能要求较高,多由核心程序来完成。动态语言继承了这个特点,并且除了正则表达式(regular expression)外,为字符串、数组、列表、集合、映射等常用结构提供了丰富简洁的运算,远比静态语言依赖于库(library)的方便自然得多。”

叹号问:“我们清楚了脚本语言中‘脚本’的来历,那动态语言中‘动态’又体现在何处呢?”

“问得好!”冒号闻言,正中下怀,“再从用法上看,动态语言能在运行中增加或改变数据结构、函数定义、对象行为或指令流程等。如果说动态类型语言的动态体现在类型上,动态语言的动态则体现在结构和功能上。相比而言,静态语言虽然也可能实现同样的效果,但既不方便也不自然[2]。另外不容忽视的一点是,动态语言大多是开源的,其本身的发展也更具动态性。”

引号非常注重理论:“动态语言的语法特征有那些?”

“动态语言秉承的一个理念是:优化人的时间而不是机器的时间。为提高人的生产率,宁肯牺牲部分的程序性能或者购买更高配置的硬件。由于硬件相对于人件一直在贬值,该理念便有了合理的现实基础。”冒号讲述着,“从语法上看,动态语言为了更好地粘合来自不同系统、不同语言的程序,对类型的要求一般不如静态语言那么严格,代码更加简洁自由,故而多为动态类型的和弱类型的,天然支持泛型式编程。当然这不是绝对的,比如Groovy也支持静态类型,Scala完全是静态类型的,Python一般认为是强类型的。大多数动态语言支持eval函数,能动态执行任意字符串形式的代码,并有丰富的反射(reflection)机制,天然支持元编程。动态语言很多还支持包括高阶函数(high-order function)和闭包(closure)等在内的函数式编程。此外,大多动态语言也支持对象式编程,如Python、Ruby、Perl 5、PHP 3等。”

句号补充道:“许多动态语言还支持过程式编程并发式编程,简直把主要的编程范式一网打尽了!”

“其实Python、Ruby和Groovy等还可以进行切面式编程,这对于支持元编程的动态语言来说非常自然,因为切面式编程一般都是通过元编程来实现的。”冒号进一步指出,“而逻辑式编程语言的代表Prolog,同样有动态语言的特征。至于事件驱动式编程嘛,对支持callback的语言来说都不是难事。”

引号高兴地看到:“九大编程范式无一漏网啊!”

叹号较为感性:“静态语言给人的感觉是沉稳持重,而动态语言则活泼轻快。如果同时用静态语言和动态语言编程,岂不培养出双重人格?”

“程序员本就是双重人格的。”冒号淡淡地说,“你总结得没错,两类语言的风格的确大相异趣:待静态语言披盔戴甲、备马抬枪之际,动态语言已衣袂飘飘,长剑出手了。不过,如果是应付强敌的长期大规模作战,静态语言还是有优势的。”

引号听声辨音:“这意味着动态语言不适用大型应用开发吗?“

“这么说未免有些武断。”冒号并不同意,“诚然,动态语言的语法比较宽松,相对容易出错。但也有人辩称,动态语言的代码量少于相应的静态语言,bug应该更少。有人认为动态语言调试不如静态语言方便,有人却说随着IDE的日益强大,出错几率和找错成本也在减少。谈到运行效率,动态语言虽然多为解释型语言(interpreted language),但许多也提供了与Java类似的字节码编译(bytecode compilation)甚至JIT编译(just-in-time compilation)。动态语言在某方面甚至还更胜一筹:譬如一个类的接口如果发生变动,在静态语言中所有该类的子类和一些相关类都可能需要重新编译、连接,这在大型应用中是非常耗时的,而动态语言则大可不必,这当然不足为奇——在它眼里类结构本来就是能动态改变的。除此之外,越是大型的程序,越耗费人力和时间成本,客户需求的变化也越大,因而对程序的灵活性、适应性和开发周期提出了更高的要求。动态语言在这些方面比静态语言更有优势,并且还能作为快速原型(rapid prototyping)开发的工具。”

“快速原型开发?”问号一脸的疑惑。

冒号简作介绍:“这是一种软件开发的方式。举例来说,为了快速搭建一个系统,以适应不断变化的客户需要,可以先采用开发效率更高的动态语言。在交付时再将其转化为编译型的静态语言。如果系统对性能的要求不高,这种转化至多是局部的。有的干脆一字不易,不仅省了当下的时间,以后维护起来也更方便。”

逗号耍起了贫嘴:“这就叫:替补变成了主力,配角变成了主角,媳妇熬成了婆婆。”

叹号开始担忧起来:“听您这意思,动态语言优点突出而弱点并不突出,这样下去静态语言还有市场吗?”

冒号坦然道:“动态语言小快灵的风格的确吸引了越来越多人的注意,也渐渐走入静态语言的世界。Java平台和.NET平台不仅为Ruby和Python等动态语言铺设了跑道,而且为培植诸如Groovy等动态语言提供了土壤。同时,Java和C#本身也融进了越来越多的动态特征。”

句号断言:“静态语言这种融合性结合内在的安全性、稳定性,以及较高的性能、成熟度和接受度,都决定了它不可能被动态语言完全取代。”

“对!”冒号坚定地表示赞同,“当脚本语言披上动态语言的彩衣,昔日不起眼的毛毛虫便羽化成蝶,开始飘舞在众人追逐的目光之中。但静态语言也绝不会淡出人们的视线,它如矫健的苍鹰,依然有搏击长空的雄力。程序员只要保持严谨的作风和开放的心态,既有稳如泰山的马步,又有一跃凌空的飞腿,静如处子,动如脱兔,如履平地般游走于高高的梅花桩上,绝无跌落之虞。”

一股豪情在众人心中荡漾开来。

冒号看了看时间,敛起眼中精光,同时收起话匣:“关于动态语言,今天还是先简单谈到这里吧。”

,插语

  1. Lisp本身以及一些变种如Emacs Lisp、AutoLISP等也能作为脚本语言,但那毕竟不是Lisp语言的初衷。

  2. 一些设计模式(如装饰模式、职责链模式、状态模式、访问者模式等)就是为了赋予静态语言一定的动态特征。

。总结

  • 程序是为终端用户服务的,脚本是为程序员服务的。

  • 脚本语言一般是解释型语言,不需要通过“编写-编译-链接-运行”的循环圈,便利快捷,加之简洁宽松的语法、面向字符的特性以及较强的文本处理能力,尤其适合作为粘合语言,多用于系统管理和集成。

  • 脚本语言与动态语言尽管并不完全重合,但更多地还是提法上的区别。前者强调作为命令行工具和粘合工具的语言用途,后者强调动态的语言特征。当脚本语言不再局限于粘合语言,从专用语言发展为通用语言,并且胜任复杂的应用开发的时候,动态语言的提法显然更加合理。

  • 动态语言能在程序运行期间改变数据结构、函数定义、对象行为或指令流程等,相比静态语言在结构和功能上的更具动态性。

  • 动态语言重在优化人工时间而非机器时间,因此相比静态语言,其开发效率较高,但运行效率较低。

  • 动态语言的以下特点决定了它在大型应用开发中的价值:代码量较少,从一定程度减轻了维护难度;不少提供了字节码编译或JIT编译,弥补了运行效率上的不足;一些模块的结构和功能上的变化不会导致相关模块的重新编译和连接;具有灵活、适应力强和开发周期短的特点,能快速响应客户需求的变化,并且适合快速原型开发。

  • 静态语言安全稳定、性能优越、成熟普及,并且逐渐开始吸纳动态语言的一些优点,这些都决定了它不可能被后者完全替代。

“”参考

  1. Wikipedia.Dynamic programming language.http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_language

  2. David Ascher.Dynamic Languages—ready for the next challenges, by design.http://www.activestate.com/corporate/publications/ActiveState_Dynamic_Languages.pdf

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