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Ceylon:真正的进步,抑或只是另一种语言?

时间:2014-12-25 18:36来源:www.chengxuyuans.com 点击:
Linux和开源通常会与最前沿的语言设计之间存在着一定的关系,其可能是可用来支持语言开发的工具,或者是平台的开放性促进了语言设计的进步。或者可能是这样的情况,基于开源技术的那些开放式语言(比如说GNU Compiler Collection系列、Ruby、Python和Perl)非常的优秀,因为它们欢迎和鼓励试验使用(更不用提Red Hat就是Ceylon背后的公司)。无论是出于何种原因,Linux开发者可以使用大量的各种语言,从较少被用到已有了一定年头的语言到最新最先进的产品。

但在一个有着C/C++、Java?语言、Scala、Ruby、Python、Perl、Erlang、Lua、Scheme以及其他许多语言的世界中,我们还有必要关心一种致力于面向业务的企业级软件开发的新语言的宣告出现吗?在许多情况下,回答是否定的。不过让我们来研究一下Red Hat为未来提供的一种名为Ceylon的语言,看一看它是否能够上升到当今最受欢迎语言的行列中来。

Ceylon并不是Java
”Ceylon不是Java,它是一种深受Java影响的新语言,是由一些Java爱好者设计出来的,他们不觉得有什么不对,Java并不会马上过气,所以不存在谁杀死它的问题。“——Gavin King

Ceylon的介绍


Ceylon是一个出自Red Hat的新项目,由Gavin King领导。King是Hibernate项目的创始人,该项目是一个Java语言内部的持久化解决方案。尽管King是Java技术的爱好者——该技术是首个适用于大规模开发的语言——但按照他的话来讲,该语言有着一些令人受挫的地方(其中包括泛型一类的语言复杂性、设计轻率和晦涩的Standard Edition SDk、笨拙的注解语法、破碎的块结构、XML依赖性等等)。

因此,King提出了一个问题,在从Java语言和SDK的优势和劣势中学到一些教训之后,语言应该具备什么样的形式才对?他的答案是Ceylon,一种静态类型语言,保留了Java语言的一些最好的功能特性(也运行在JVM上),但在语言的可读性、内置的模块化以及诸如高阶函数一类的函数式语言特征的纳入方面做了改进。Ceylon还采用了C和Smalltalk的一些特性,不过它更像Java语言,这一新语言专注在业务计算上,但它也很灵活,可用在其他领域中。

有些人把Ceylon称作“Java 杀手”(可能是因为Java语言的前途问题),但实际上Ceylon运行在JVM上,因此它是Java技术的一种延伸而不是替代。使用JVM来支持Ceylon的执行是一种理想的模式,因为这意味着Ceylon(像Java一样)是可跨多种目前支持JVM的架构移植的。

Ceylon的语言特性


当今大多数的语言都不再遵从某种简单的分类,代以体现的是多样化的编程风格,Ceylon并没有什么不同。Ceylon是一种静态类型语言(statically typed language)(即类型检查是在编译时进行的,相对应的是诸如Lisp一类的动态类型语言,这些语言的类型检查是在运行时进行的)。Ceylon是一种面向对象的语言,类似Java语言,其还使用典型的C语法风格来支持高阶函数(higher-order function)(即函数可以使用其他函数来作为输入和输出)。Java语言并不直接支持高阶函数,因此这一功能特性代表了这两种语言之间独特的不同之处。

然而,有时候,改进更多指的是语言删减了什么而不是添加了什么。Ceylon简化并删减了Java语言的一些元素,使用更简单的方案来代替它们。简化的一个例子是public、protected和private关键字的去除,Ceylon的替代做法是只包含一个shared注解,该注解定义了类的哪一个元素是外部可见的。Ceylon还删除了重载功能,但使用更简单的语法来提供了一些这一功能的变通做法(比如说默认的和有序的参数)。

Ceylon包含了对继承、序列(数组(array)或是列表(list)构造)、泛型、命名参数等的支持,它包含了运行时类型管理的一些功能(我们会在下一节中研究一个这样的例子)。该语言目前正处在积极的开发阶段,因此其最终的功能依然处于一种开放的状态中。

Ceylon的例子说明


尽管在写这篇文章的时候,一个公开可用的编译器还不存在,但是Ceylon语言的结构已被定义出来,以便能够通过开发一些简单应用来研究和考虑它的用法和可读性。本节着眼于一些用Ceylon编写的样例应用,以此来说明它的结构。

Hello World

我会使用一个“Hello World”程序来说明一个简单程序的创建,该程序在显示界面上给出一个简单的文本串。清单1中给出的这一例子展示了一个顶层的名为hello的方法,该方法使用writeLine方法来发出一个串到标准输出上。

清单1. 使用Ceylon编写的Hello World程序

doc \"Hello World Program\"
by \"Gavin King\"
void hello() {
  writeLine( \"Hello World.\" );
}

需要注意的一点是,注解也会用于API文档(类似于doxygen一类的工具),其允许你说明方法和作者(分别是doc和by注解)。

Ceylon的类型

Ceylon采用了一组传统的类型,它们被实现成普通的类,这些类型包括:

1. Natural:无符号整数,包括零
2. Integer:有符号整数
3. Float:浮点数
4. Whole:任意精度的有符号整数
5. Decimal:任意精度和任意位小数的十进制数

默认情况下,Natural、Integer和Float类型是64位的,但你可以使用small来注解它们,以指明是32位精度的。

Ceylon的类

Ceylon是一种面向对象的语言,你使用类的概念来编写代码。在Ceylon中class(类)是一种类型,其封装了一组操作(称作方法(method))和状态(state),而且要定义在类的对象被初始化时状态是如何被初始化的(类初始化器(class initializer),类似于构造函数)。

一个简单的例子会有助于你理解Ceylon的做法。清单2为一个计数器类提供了一个简单的类,清单2使用一个可选值来定义类,这意味着用户可以提供该值也可以不提供,它使用Type?(类型?)这种模式来标明。类主体包含的是类初始化器而非构造函数,这一代码定义私有变量(除非注解成shared,否则不可见),然后定义初始化逻辑。你先从查看start变量是否存在开始,如果存在的话,其就被用作计数的初始值。你的第一个方法,被注解成shared,因此是从类外部可见的,其定义了增量器。在调用时,这一方法简单地递增你的计数器。

最后,定义一个getter方法来给用户返回当前的计数器值,以及定义一个setter方法来把调用者提供的值设置当前的计数器值。需要注意的是,这里使用了assign这一关键字来创建一个变量属性以用于计数器值的设置。除了构造函数的处理不同之外(代码内嵌在类内部),类也不存在析构函数,也不提供实现多个构造函数的方式(这仅是不同于Java语言之处之一)。

清单2. 使用Ceylon编写的一个简单的类

01    doc \"Simple Counting Class\"
02    class Counter( Natural? start ) {
03   
04      doc \"Class Initializer\"
05      variable Natural count := 0;
06      if (exists start) {
07        count := start;
09      }
10   
11      doc \"The incrementer\"
12      shared void increment() {
13        count++;
14      }
15   
16      doc \"The getter\"
17      shared Natural currentValue {
18        return count;
19      }
20
21      doc \"The setter\"
22      shared assign currentValue {
23        count := currentValue;
24      }
25
26    }

定义了这个简单的类后,让我们来看看如何在Ceylon中使用该类。清单3提供了一段使用Counter类的代码。其开始先实例化类的一个cnt对象,可以注意到Ceylon中没有new这一关键字。新的Counter对象定义了之后,调用increment方法,然后使用getter方法来输出Counter的值。需要注意的是,在Ceylon中,=和:=运算符是不同的:=这一限定符只能用于不可变的值,而变量赋值则是使用:=运算符来进行的。

清单3. 使用Counter类

01    Counter cnt = Counter(1);
02    cnt.increment();
03    writeLine( c.currentValue );

Ceylon鼓励尽可能使用不变的属性,这意味着一个对象使用某个值初始化后不会再次被赋值。要指明一个命名变量是可变的(在初始化之后可改变),其必须要使用variable注解,如清单2中第5行所展示的那样。

最后要研究的一项是Ceylon在控制结构方面的一个主要区别。你应该有注意在许多的语言中,条件表达式后面的花括号({})可省略,比如说如果只出现单条语句的话:

if (cnt > 10) statement();

Ceylon不允许这种语法,其要求给出花括号,即上面显示的示例代码在Ceylon中要这样写:

if (cnt > 100) { statement(); }

因为这代表了C中最常见的一种错误,因此特别地强制使用这一正确风格是可让人接受的。

高阶函数

Ceylon包括了被称作一阶函数(first-order function)的函数式编程风格,这简单地意味着函数被视为第一类对象(first class object),其可被用作函数的参数,以及可以从函数中返回。拿King为repeat方法的定义所提供的演示例子(参见清单4)来看好了。在这种情况下,方法用到了两个参数:作为重复次数的Natural,以及要调用的一个函数的方法参数。repeat方法的方法体内部简单地创建了一个for循环(使用了一个范围运算),然后调用作为函数参数传进来的方法。

清单4. Ceylon中的高阶函数

01    void repeat( Natural times, void hfunction() ) {
02      for (Natural n in 1..times) {
03        hfunction();
04      }
05    }

这一方法的用法很简单,如清单5中的第7行所示,使用了不带参数的方法名。

清单5. 在Ceylon中使用高阶函数

01    void sayhello() {
02      writeLine( \"Hello World.\" );
03    }
04
05    ...
06
07      repeat( 10, sayhello );

不像其他语言所提供的函数支持,Ceylon不支持匿名函数(直接出现在表达式中的无名函数),但它支持闭包(closure)(其本质上是能够引用另一个函数中的状态的函数)

类型窄化

Ceylon不包含出现在Java语言中的instanceof运算符;其也不包含诸如可在C中找到的那种类型转换,Ceylon的替代做法是,其实现了所谓的类型窄化(type narrowing),这种做法被用来在一步中测试并缩窄对象引用的类型。考虑一下下面清单6中的代码段,该段代码使用了一个特殊的(is ...)构造来测试一个对象引用是否为给定的类型,如果类型被确定的话,类型特定的方法接着就会被调用。这一构造类似于你之前在用于说明可选参数的清单2中见到的(exists ...)这一构造。

清单6. Ceylon中的类型窄化

01    Object obj = ;
02   
03    switch (obj)
04   
05      case (is Counter) {
06        obj.increment();
07      }
08      case (is ComplexCounter) {
09        obj.incrementBy(1);
10      }
11      else {
12        stream.writeLine(\"Unknown object\");
13      }

Ceylon包含了另一种类似的定义成(nonempty ...)的构造,你可以把该构造应用在序列(数组或列表)上,以确定序列中是否是不包含有元素的,这样就可以不用在其之上执行操作。

最后要注意的一点是,Ceylon的switch语句的语法,其不同于C和Java语言两者。这两种语言中的这一语句都很容易出错,Ceylon在case上强制使用块结构,并去除了default这种情况,代以else块。Ceylon还(在编译时)确保switch语句包含了一个详尽的实例测试清单,或者至少有一个else语句提供完整的覆盖。编译器自动检查这些switch语句并且如果有实例没被覆盖到的话就产生一个错误。

其他的控制结构

Ceylon实现了传统的if...else语句,正如你所期望的那样,它也实现了Java语言的异常处理功能(try、catch、finally)。Ceylon还创建了所谓的fail块,其和for循环一起使用以识别循环何时被提早打断。考虑一下清单7中展示的例子。

清单7. 说明Ceylon的fail块

01    for (Instrument i in instruments) {
02      if (i.failing()) {
03        break;
04      }
05    }
06    fail {
07      // Take some action...
08    }

这在C和Java语言中都是常见的设计模式,因此对Ceylon来说是一个有益的补充。

Ceylon的前景


 

正如King所说的那样,Ceylon是社区的努力成果,因此需要软件工程师和测试人员来帮助设计、构建和验证语言和SDK。这一号召能够鼓励Java语言用户做出反馈,这有助于支持他们从该语言到Ceylon的迁移。King依然对Ceylon的当前状态保持适当的沉默,只是说语言规范以及ANTLR(Another Tool for Language Recognition)语法都已存在了。

展望未来


  

尽管有些人会质疑一种新语言的必要性,不过另一种看待语言的观点是把它们作为用来解决问题的一系列工具。并非每一种语言都是任何指定问题的适合的或是理想的解决工具的,但某些语言本身能够很好的适用于某些特定的解决方案领域;因此,有多种语言可用是一种福气,而非祸端。因为Ceylon仍处于开发阶段,因此其是否能够在目前正在使用的主流语言行列中找到一个位置还是未知的。不过该语言捕捉了足够多的兴趣点,因此等其最终出现时,对其进行进一步的研究将会是一件很有趣的事情。

资源


  

学习资料

1. Gavin King最初对Ceylon语言的介绍,可观看这一30分钟的标题为 Introducing the Ceylon Project的视频。现有两个来自King的Ceylon演示,包括介绍性的发言和一个标题为The Ceylon Type System的演示,该演示涵盖了一些更先进的功能特性。

2. Gavin King提供的一个由11部分组成的描述Ceylon语言的文章系列。正如你会从针对该系列的每个元素的评论中看到的那样,有着相当数量的反馈,并对语言进行了动态的裁剪,以此弥补所发现的问题。你可以在King的博客中找到这一系列文章。

3. 想要关注(和参加)Ceylon的实时构建的话,可查看Ceylon核心团队的邮件列表。

4. ANTLR是一种语言工具和框架,其被用来从语法描述中构建编译器、解释器、翻译器和识别器。ANTLR出自旧金山大学(University of San Francisco),基于Terence Parr的工作成果。

5. 该篇文章提及Ceylon中实现的一些函数式编程的功能特性。可在Wikipediaz中找到第一类函数(first-class function)、高阶函数(higher-order function)和闭包(closure)的介绍。

6. 在developerWorks Linux zone上可找到数百篇how-to文章和教程,以及下载资源和讨论论坛等,还有为Linux开发者和管理员提供的其他丰富的资源。

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关于作者


  

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M. Tim Jones是一位嵌入式固件架构师,也是Artificial Intelligence: A Systems Approach, GNU/Linux Application Programming (现在是第二版)、AI Application Programming (第二版)和BSD Sockets Programming from a Multilanguage Perspective等书的作者。他的工程背景涉及广泛,从同步宇宙飞船的内核开发到嵌入式系统架构和网络协议开发都有。Tim在Intel工作,居住在科罗拉多州的 Longmont。

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