Golang的演化歷程

jopen 11年前發布 | 38K 次閱讀 Google Go/Golang開發 Golang

本文來自Google的Golang語言設計者之一Rob Pike大神在GopherCon2014大會上的開幕主題演講資料“Hello, Gophers!”。Rob大神在這次分享中用了兩個生動的例子講述了Golang的演化歷程，總結了Golang到目前為止的成功因素，值得廣大Golang Programmer & Beginner學習和了解。這里也用了"Golang的演化歷程"作為標題。

1、Hello Gophers!

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Printf("Hello, gophers!\n")
}

Rob大神的見面禮，后續會有針對這段的演化歷史的陳述。

2、歷史

這是一個歷史性的時刻。

Golang已經獲得了一定的成功，值得擁有屬于自己的技術大會。

3、成功

促成這份成功的因素有許多：

    – 功能
    – 缺少的功能
    – 功能的組合
    – 設計
    – 人
    – 時間

4、案例學習：兩段程序

我們來近距離回顧兩段程序。

第一個是你見過的第一個Go程序，是屬于你的歷史時刻。
第二個是我們見過的第一個Go程序，是屬于全世界所有Gophers的歷史時刻。

先看第一個“hello, world”

5、hello.b

main( ) {
extrn a, b, c;
putchar(a); putchar(b); putchar(c); putchar('!*n');
}
a 'hell';
b 'o, w';
c 'orld';

上面這段代碼首先出現在1972年Brian W. Kernighan的B語言教程中（也有另外一說是出現在那之前的BCPL語言中）。

6、hello.c

main()
{
printf("hello, world");
}

上面這段代碼出現在1974年Brian W. Kernighan編寫的《Programming in C: A Tutorial》中。這份教程當時是作為Unix v5文檔的一部分。

7、hello.c

main()
{
printf("hello, world\n"); //譯注：與上面的hello.c相比，多了個換行符\n輸出
}

這段代碼首次出現在1978年Brian W. Kernighan和Dennis M. Ritchie合著的《The C Programming Language》一書中。

8、hello.c, 標準C草案

#include <stdio.h> //譯注：與上面hello.c相比，多了這個頭文件包含

main()
{
printf("hello, world\n");
}

這段代碼出現在1988年Brian W. Kernighan和Dennis M. Ritchie合著的《The C Programming Language》第二版一書中，基于標準C草案。

9、hello.c，標準C89

#include <stdio.h>

main(void) //譯注：與上面hello.c相比，多了個void
{
printf("hello, world\n");
}

這段代碼出現在1988年Brian W. Kernighan和Dennis M. Ritchie合著的《The C Programming Language》第二版第二次修訂中。

10、一兩代之后…

(省略所有中間語言)

關于Golang的討論開始于2007年年末。

第一版語言規范起草于2008年3月份。

用于實驗和原型目的的編譯器開發工作已經展開。

最初的編譯器輸出的是C代碼。

語言規范一形成，我們就重寫了編譯器，輸出本地代碼（機器碼）。

11、hello.go, 2008年6月6日

package main

func main() int {
print "hello, world\n";
return 0;
}

針對首次提交代碼的測試。

內置的print已經是當時的全部實現。main函數返回一個int類型值。
注意：print后面沒有括號。

12、hello.go，2008年6月27日

package main

func main() {
print "hello, world\n";
}

當main函數返回，程序調用exit(0)。

13、hello.go，2008年8月11日

package main

func main() {
print("hello, world\n");
}

print調用加上了括號，這時print是一個函數，不再是一個原語。

14、hello.go，2008年10月24日

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.printf("hello, world\n");
}

我們熟知并喜歡的printf來了。

15、hello.go，2009年1月15日

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Printf("hello, world\n");
}

頭母大寫的函數名用作才是導出的符號。

16、hello.go, 2009年12約11日

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Printf("hello, world\n")
}

不再需要分號。

這是在2009年11月10日Golang開發發布后的一次重要改變。

這也是當前版本的hello, world

我們花了些時間到達這里（32年！）

都是歷史了！

17、不僅僅有C

我們從"C"開始，但Go與C相比有著巨大的不同。

其他一些語言影響和貫穿于Go的設計當中。

    C: 語句和表達式語法
    Pascal: 聲明語法
    Modula 2, Oberon 2：包
    CSP, Occam, Newsqueak, Limbo, Alef: 并發
    BCPL: 分號規則
    Smalltalk: 方法(method)
    Newsqueak: <-, :=
    APL: iota

等等。也有一些是全新發明的，例如defer、常量。

還有一些來自其他語言的優點和缺點：
C++, C#, Java, JavaScript, LISP, Python, Scala, …

18、hello.go，Go 1版

將我們帶到了今天。

package main

import "fmt"

func main() {
fmt.Println("Hello, Gophers (some of whom know 中文)!")
}

我們來深入挖掘一下，把這段代碼做一個拆解。

19、Hello, World的16個tokens

package
main
import
"fmt"
func
main
(
)
{
fmt
.
Println
(
"Hello, Gophers (some of whom know 中文)!"
)
}

20、package

早期設計討論的主要話題：擴展性的關鍵

package是什么？來自Modula-2等語言的idea

為什么是package?

    – 擁有編譯構建所需的全部信息
    – 沒有循環依賴(import)
    – 沒有子包
    – 包名與包路徑分離
    – 包級別可見性，而不是類型級別
    – 在包內部，你擁有整個語言，在包外部，你只擁有包許可的東西。

21、main

一個C語言遺留風范盡顯之處
最初是Main，原因記不得了。
主要的包，main函數
很特別，因為它是初始化樹(initialization tree)的根(root)。

22、import

一種加載包的機制
通過編譯器實現（有別于文本預處理器。譯注：C語言的include是通過preprocessor實現的）
努力使其高效且線性
導入的一個包，而不是一個標識符(identifiers)集合（譯注：C語言的include是將頭文件里的標識符集合引入）
至于export，它曾經是一個關鍵字。

23、"fmt"

包路徑(package path)只是一個字符串，并非標識符的列表。
讓語言避免定義它的含義 – 適應性。(Allows the language to avoid defining what it means—adaptability)
從一開始就想要一個URL作為一個選項。（譯注：類似import "github.com/go/tools/xxx）
可以應付將來的發展。

24、func

一個關鍵字，用于引入函數(類型、變量、常量），易于編譯器解析。
對于函數字面量(閉包)而言，易于解析非常重要。
順便說一下，最初這個關鍵字不是func，而是function。

小插曲：

Mail thread from February 6, 2008
From: Ken Thompson <ken@google.com> ?
To: gri, r
larry and sergey came by tonight. we ?talked about go for more than an hour. ?they both said they liked it very much.
p.s. one of larrys comments was "why isnt function spelled func?"
—
From: Rob Pike <r@google.com>
?To: ken, gri
fine with me. seems compatible with 'var'.
anyway we can always say, "larry said to call it 'func'"

25、main

程序執行的起點。除非它不是。（譯注：main不是起點，rob大神的意思是不是指下列情形，比如go test測試包，在google app engine上的go程序不需要main）
將初始化與正常執行分離，早期計劃之中的。
初始化在哪里發生的？(譯注：說的是package內的func init() {..}函數吧)
回到包設計。（譯注：重溫golang的package設計思想）

26、()

看看，沒有void
main沒有返回值，由運行時來處理main的返回后的事情。
沒有函數參數（命令行選項通過os包獲取）
沒有返回值

返回值以及語法

27、{

用的是大括號，而不是空格（譯注：估計是與python的空格縮進對比）
同樣也不是方括號。
為什么在括號后放置換行符(newline)？

28、fmt

所有導入的標識符均限定于其導入的包。（All imported identifiers are qualified by their import.）
每個標識符要么是包或函數的本地變量，要么被類型或導入包限定。
對代碼可讀性的重大影響。

為什么是fmt，而不是format？

29、.

句號token在Go中有多少使用？（很多）
a.B的含義需要使用到類型系統
但這對于人類來說非常清晰，讀起來也非常容易。
針對指針的自動轉換(沒有->)。

30、Println

Println，不是println，頭母大寫才是導出符號。
知道它是反射驅動的(reflection-driven)
可變參數函數
參數類型是(…); 2010年2月1日變成(…interface{})

31、(

傳統函數語法

32、"Hello, Gophers (some of whom know 中文)!"

UTF-8編碼的源碼輸入。字符串字面量也自動是utf8編碼格式的。

但什么是字符串(string)呢？

首批寫入規范的語法規則，今天很難改變了。(blog.golang.org/strings)

33、)

沒有分號
在go發布后不久我們就去除了分號
早期曾胡鬧地嘗試將它們（譯注：指得是括號）去掉
最終接受了BCPL的方案

34、}

第一輪結束。

旁白：還沒有討論到的

    – 類型
    – 常量
    – 方法
    – interface
    – 庫
    – 內存管理
    – 并發（接下來將討論）

外加工具，生態系統，社區等。
語言是核心，但也只是我們故事的一部分。

35、成功

要素：
    – 站在巨人的肩膀上(building on history)
    – 經驗之作(building on experience) 譯注：最初的三個神級語言設計者
    – 設計過程
    – 早期idea提煉到最終的方案中
    – 由一個小團隊專門集中精力做

最終：承諾
    Go 1.0鎖定了語言核心與標準庫。

36、另一輪

讓我們看第二個程序的類似演化過程。

37、問題：素數篩(Prime sieve)

問題來自于Communicating Sequential Processes, by C. A. R. Hoare, 1978。

“問題：以升序打印所有小于10000的素數。使用一個process數組：SIEVE，其中每個process從其前驅元素輸入一個素數并打印它。接下來這個process從其前驅元素接收到一個升序數字流并將它們傳給其后繼元素，這個過程會剔除掉所有是最初素數整數倍的數字。

38、解決方案

在1978年的CSP論文中。（注意不是Eratosthenes篩）

這個優美的方案是由David Gries貢獻出來的。

39、CSP

在Hoare的CSP論文中：

[SIEVE(i:1..100)::
    p,mp:integer;
    SIEVE(i - 1)?p;
    print!p;
    mp := p; comment mp is a multiple of p;
*[m:integer; SIEVE(i - 1)?m →
    *[m > mp → mp := mp + p];
    [m = mp → skip
    ||m < mp → SIEVE(i + 1)!m
]   ]
||SIEVE(0)::print!2; n:integer; n := 3;
    *[n < 10000 → SIEVE(1)!n; n := n + 2]
||SIEVE(101)::*[n:integer;SIEVE(100)?n → print!n]
||print::*[(i:0..101) n:integer; SIEVE(i)?n → ...]
]

沒有channel。能處理的素數的個數是在程序中指定的。

40、Newsqueak

circa 1988。

Rob Pike語言設計，Tom Cargill和Doug McIlroy實現。

使用了channels，這樣個數是可編程的。(channel這個idea從何而來？）

counter:=prog(end: int, c: chan of int)
{
    i:int;
    for(i=2; i<end; i++)
        c<-=i;
};

filter:=prog(prime: int, listen: chan of int, send: chan of int)
{
    i:int;
    for(;;)
        if((i=<-listen)%prime)
            send<-=i;
};

sieve:=prog(c: chan of int)
{
    for(;;){
        prime:=<-c;
        print(prime, " ");
        newc:=mk(chan of int);
        begin filter(prime, c, newc);
        c=newc;
    }
};

count:=mk(chan of int);

begin counter(10000, count);
begin sieve(count);
"";

41、sieve.go，2008年3月5日

使用go規范編寫的第一個版本，可能是第二個由go編寫的重要程序。

>用于發送；<用于接收。Channel是指針。Main是頭字母大寫的。

package Main

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func Generate(ch *chan> int) {
    for i := 2; ; i++ {
        >ch = i;    // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func Filter(in *chan< int, out *chan> int, prime int) {
    for ; ; {
        i := <in;    // Receive value of new variable 'i' from 'in'.
        if i % prime != 0 {
            >out = i;    // Send 'i' to channel 'out'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain Filter processes together.
func Sieve() {
    ch := new(chan int); // Create a new channel.
    go Generate(ch);      // Start Generate() as a subprocess.
    for ; ; {
        prime := <ch;
        printf("%d\n", prime);
        ch1 := new(chan int);
        go Filter(ch, ch1, prime);
        ch = ch1;
    }
}

func Main() {
Sieve();
}

42. sieve.go，2008年7月22日

-<用于發送；-<用于接收。Channel仍然是指針。但現在main不是大寫字母開頭的了。

package main

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func Generate(ch *chan-< int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch -< i    // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func Filter(in *chan<- int, out *chan-< int, prime int) {
    for {
        i := <-in;    // Receive value of new variable 'i' from 'in'.
        if i % prime != 0 {
            out -< i    // Send 'i' to channel 'out'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain Filter processes together.
func Sieve() {
    ch := new(chan int); // Create a new channel.
    go Generate(ch);      // Start Generate() as a subprocess.
    for {
        prime := <-ch;
        printf("%d\n",    prime);
        ch1 := new(chan int);
        go Filter(ch, ch1, prime);
        ch = ch1
    }
}

func main() {
Sieve()
}

43、sieve.go，2008年9月17日

通信操作符現在是<-。channel仍然是指針。

package main

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func Generate(ch *chan <- int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func Filter(in *chan <- int, out *<-chan int, prime int) {
    for {
        i := <-in; // Receive value of new variable 'i' from 'in'.
        if i % prime != 0 {
            out <- i // Send 'i' to channel 'out'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain Filter processes together.
func Sieve() {
    ch := new(chan int); // Create a new channel.
    go Generate(ch);      // Start Generate() as a subprocess.
    for {
        prime := <-ch;
        print(prime, "\n");
        ch1 := new(chan int);
        go Filter(ch, ch1, prime);
        ch = ch1
    }
}

func main() {
Sieve()
}

44、sieve.go，2009年1月6日

引入了make內置操作符。沒有指針。編碼錯誤！（有個*被留下了，錯誤的參數類型）

package main

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func Generate(ch chan <- int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func Filter(in chan <- int, out *<-chan int, prime int) {
    for {
        i := <-in; // Receive value of new variable 'i' from 'in'.
        if i % prime != 0 {
            out <- i // Send 'i' to channel 'out'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain Filter processes together.
func Sieve() {
    ch := make(chan int); // Create a new channel.
    go Generate(ch);       // Start Generate() as a subprocess.
    for {
        prime := <-ch;
        print(prime, "\n");
        ch1 := make(chan int);
        go Filter(ch, ch1, prime);
        ch = ch1
    }
}

func main() {
Sieve()
}

45、sieve.go，2009年9月25日

第一個正確的現代版本。同樣，大寫頭母不見了，使用了fmt。

package main

import "fmt"

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func generate(ch chan<- int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i;    // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func filter(src <-chan int, dst chan<- int, prime int) {
    for i := range src {    // Loop over values received from 'src'.
        if i%prime != 0 {
            dst <- i;    // Send 'i' to channel 'dst'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain filter processes together.
func sieve() {
    ch := make(chan int); // Create a new channel.
    go generate(ch);       // Start generate() as a subprocess.
    for {
        prime := <-ch;
        fmt.Print(prime, "\n");
        ch1 := make(chan int);
        go filter(ch, ch1, prime);
        ch = ch1;
    }
}

func main() {
sieve();
}

46、sieve.go，2009年12月10日

分號不見了。程序已經與現在一致了。

package main

import "fmt"

// Send the sequence 2, 3, 4, … to channel 'ch'.
func generate(ch chan<- int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'src' to channel 'dst',
// removing those divisible by 'prime'.
func filter(src <-chan int, dst chan<- int, prime int) {
    for i := range src { // Loop over values received from 'src'.
        if i%prime != 0 {
            dst <- i // Send 'i' to channel 'dst'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain filter processes together.
func sieve() {
    ch := make(chan int) // Create a new channel.
    go generate(ch)       // Start generate() as a subprocess.
    for {
        prime := <-ch
        fmt.Print(prime, "\n")
        ch1 := make(chan int)
        go filter(ch, ch1, prime)
        ch = ch1
    }
}

func main() {
sieve()
}

這個優美的方案來自于幾十年的設計過程。

47、旁邊，沒有討論到的

select

真實并發程序的核心連接器（connector)
最初起源于Dijkstra的守衛命令(guarded command)
在Hoare的CSP理論實現真正并發。
經過Newsqueak、Alef、Limbo和其他語言改良后

2008年3月26日出現在Go版本中。

簡單，澄清，語法方面的考慮。

48、穩定性

Sieve程序自從2009年末就再未改變過。– 穩定！

開源系統并不總是兼容和穩定的。

但，Go是。（兼容和穩定的）

這是Go成功的一個重要原因。