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经过十几年的演化和发展,Go语言在全世界范围内已经拥有了百万级别的拥趸,在这些开发者当中,除了一部分新入行的编程语言初学者之外,更多的是从其他编程语言阵营转过来的开发者。由于Go语言上手容易,在转Go的初期大家很快就掌握了Go的语法。

但在编写更多Go代码之后,很多人发现自己写的Go代码总是感觉很别扭,并且总是尝试在Go语言中寻找自己上一门语言中熟悉的语法元素。自己的Go代码风格似乎和Go标准库、主流Go开源项目的代码在思考角度和使用方式上存在不小差异,并且每每看到Go核心开发团队的代码时总有一种醍醐灌顶的感觉。出现这种情况的主要原因就是大脑中上一门编程语言的思维方式在“作祟”。

本文将通过慕课专栏《改善Go语言编程质量的50个有效实践》的内容来详细看一看编程语言与编程思维的关系以及Go语言的编程思维究竟是什么,以帮助大家更加深入地理解Go编程。

了解Go编程思维之前,我们先看看思维与语言之间究竟有什么联系呢?

1.语言与思维——来自大师的观点

在人类自然语言学界有一个很著名的假说——“萨丕尔—沃夫假说”,这个假说的内容是这样的:“语言影响或决定人类的思维方式。”

说到这个假说,我们不能不提及在2017年年初国内上映了一部口碑不错的美国科幻大片《降临》,这部片子改编自雨果奖获得者华裔科幻小说家Ted姜的《你一生的故事》。片中主线剧情的理论基础就是“萨丕尔—沃夫假说”。更夸张的是片中直接将该假说应用到外星人语言上,将其扩展到宇宙范畴。片中的女主作为人类代表与外星人沟通,并学会了外星语言,从此思维大变,拥有了预知未来的“超能力”,这也算是语言影响思维的极致表现了。

奇妙的是,在编程语言界,有位大师级人物也有着与“萨丕尔-沃夫假说”异曲同工的观点和认知,他就是首届图灵奖得主、著名计算机科学家艾伦·佩利(Alan J. Perlis),他从另外一个角度提出:“不能影响到你的编程思维方式的编程语言不值得去学习和使用。”

2.现实中的“投影”

从上述大师们的理论和观点,我们看到了语言与思维之间存在着某种联系。那么两者间的这种联系在真实编程世界中的投影又是什么样子的呢?我们来看一个简单的编程问题——素数筛:

  • 问题描述:素数是一个自然数,它具有两个截然不同的自然数除数:1和它本身。这里的问题是如何找到小于或等于给定整数n的素数。针对这个问题,我们可以采用埃拉托斯特尼素数筛算法。

  • 算法描述:先用最小的素数2去筛,把2的倍数剔除掉;下一个未筛除的数就是素数(这里是3)。再用这个素数3去筛,筛除掉3的倍数… 这样不断重复下去,直到筛完为止(算法图示见图1)。

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图1 素数筛算法图示

下面是该素数筛算法的不同编程语言的实现版本。

1)C语言版本

// sieve.c
#include <stdio.h>

#define LIMIT  50
#define PRIMES 10

void sieve() {
    int c, i,j,numbers[LIMIT], primes[PRIMES];

    for (i=0;i<LIMIT;i++){
        numbers[i]=i+2; /*fill the array with natural numbers*/
    }

    for (i=0;i<LIMIT;i++){
        if (numbers[i]!=-1){
            for (j=2*numbers[i]-2;j<LIMIT;j+=numbers[i])
                numbers[j]=-1; /* 筛除非素数 */
        }
    }

    c = j = 0;
    for (i=0;i<LIMIT&&j<PRIMES;i++) {
        if (numbers[i]!=-1) {
            primes[j++] = numbers[i]; /*transfer the primes to their own array*/
            c++;
        }
    }

    for (i=0;i<c;i++) printf("%d\n",primes[i]);
}

2)Haskell版本

// sieve.hs

sieve [] = []
sieve (x:xs) = x : sieve (filter (\a -> not $ a `mod` x == 0) xs)
n = 100
main = print $ sieve [2..n]

3)Go语言版本

// sieve.go

func Generate(ch chan<- int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i
    }
}

func Filter(in <-chan int, out chan<- int, prime int) {
    for {
        i := <-in
        if i%prime != 0 {
            out <- i
        }
    }
}

func main() {
    ch := make(chan int)
    go Generate(ch)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        prime := <-ch
        print(prime, "\n")
        ch1 := make(chan int)
        go Filter(ch, ch1, prime)
        ch = ch1
    }
}

对比上述的三个语言版本的素数筛算法的实现,我们看到:

  • C版本的素数筛程序是一个常规实现。它定义了两个数组:numbers和primes,“筛”的过程在numbers这个数组中进行(即基于纯内存修改),非素数的数组元素被设置为-1,便于后续提取;

  • Haskell版本采用了函数递归的思路,通过“filter操作集合”,用谓词(过滤条件)\a -> not $ a mod x == 0;筛除素数的倍数,将未筛除的数的集合作为参数传递归递给下去;

  • Go版本程序实现了一个并发素数筛,它采用的是goroutine的并发组合。程序从素数2开始,依次为每个素数建立一个goroutine,用于作为筛除该素数的倍数。ch指向当前最新输出素数所位于的筛子goroutine的源channel,这段代码来自于Rob Pike的一次关于并发的分享。Go版本程序的执行过程可以用图2立体的展现出来。

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图2 Go版本素数筛执行图示

3.Go语言原生编程思维

通过上述这个现实中的问题我们可以看到:面对同一个问题,来自不同编程语言的程序员给出了思维方式截然不同的解决方法:C的命令式思维、Haskell的函数式思维和Go的并发思维。结合“萨丕尔—沃夫假说”,我们可以得到一个未经理论证实但又确实对现实有影响的推论:编程语言影响编程思维,或者说每种编程语言都有属于自己的原生编程思维

Go语言诞生较晚,大多数Gopher(包括笔者在内)第一语言都不是Go,都是“半路出家”从其他语言转过来的,如C、C++、Java、Python等。每种语言都有自己的原生编程思维。比如:C语言相信程序员,提供了指针和指针运算,让C程序员天马行空的发挥,接近底层的直接内存操作让C程序拥有很高的性能;C++支持多范式(命令式、OO和泛型),虽不强迫程序员使用某个特定的范式,但推荐使用最新代表现代语言发展特色的泛型等高级范式;Python语言更是形成了Pythonic规则来指导Python程序员写出符合Python思维或惯用法的代码。

经验告诉我们但凡属于某个编程语言的高质量范畴的代码,其必定是在这种编程语言原生思维下编写的代码。如果用A语言的思维去编写B语言的代码(比如用OO思维写C代码,用命令式的思维写Haskell代码等),那么你写出的代码多半无法被B语言社区所认可,更难以成为高质量代码的典范。并且,如果沿着这样的方向去学习和实践B语言,那么结果只能是“南辕北辙”,离编写出高质量代码的目标渐行渐远。

那Go原生编程思维究竟是什么呢?一门编程语言的编程思维是由语言设计者、语言实现团队、语言社区、语言使用者在长期的演化和实践中形成的一种统一的思维习惯、行为方式、代码惯用法和风格。Go语言从诞生到现在也近十年多了。经过Go设计哲学熏陶、Go开发团队的引导和教育、Go社区的实践,Go语言也渐渐形成了属于自己的原生编程思维,或者说形成了符合Go语言哲学的Go语言惯用法(idiomatic go)。它们是Go语言的精华,也是构建本书内容的骨架,并值得我们用一本书的规模去详细呈现。因此可以说阅读本书的过程也是学习和建立Go语言原生编程思维的过程。

4. 小结

本文详细介绍了编程语言与编程思维之间的联系。我们学习和使用一门编程语言,目标就是要用这门语言的原生思维方式去编写高质量代码。学习Go,就要用Go的原生编程思维去写Go代码,而不是用其他语言的思维方式。掌握Go原生编程思维就是我们通往高质量Go编程的学习方向和必经之路。如果您想要了解更多有关Go编程思维的内容,推荐您详细阅读我的专栏《改善Go语言编程质量的50个有效实践》

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作者:|tonybai|,原文链接: http://www.imooc.com/article/325272

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