为什么会有这么多种程序设计语言？

　　传说人类建造通天塔触怒上帝，上帝施法使人类语言混乱彼此之间无法交流。这就是说各种各样的语言其实就是祸乱之源——只会导致交流的不便。可是看看如今的程序设计语言的数量，你会怀疑人类是否又在造“通天塔”了？真的有这么多语言的必要吗？我到底要学习多少种程序设计语言才够用呢？

 

 

 

　　根据维基的资料，可以称得上相对“主流”（有人用、有文档）的程序设计语言至少有600种，还有大量的商业化失败、实用性不高、语言小众（这里的“语言”指的是编码的语言，一般的程序设计语言都习惯用拉丁字母集合或其超集来作为源码的字符集，也有用日文、俄文编程、汉语编程的，比如易语言）就难以统计了（保守估计可以上万种），尽管已经有了这么多种程序设计语言，仍然有大量的人投入了大量的时间来研发新的语言，这难道不是重复通天塔的故事吗？

　　为了解释“为什么会有这么多种程序设计语言”这个问题，想让我们来看一份较新的最流行编程语言流行榜：

　　排行榜上排名前十的依次是：C、Java、Object-C、C++、C#、PHP、Python、JavaScript、Perl和VB。下面我会根据这份排行榜来回答我们的问题。首先阐述一个基本观点：程序设计语言被创造的目的主要有三个——实用目的、学术目的、商业及特殊应用需要。且听一一分解：

 

　　一、实用目的

 

　　可以看见在排行榜中，C，Java，C++这样的语言几乎是年年稳居前五。这些语言的实用性都是非常高的。让我们回顾一下C语言的历史：1973年AT&T的Ken Thompson因为研发和维护操作系统的需要，要求一种高效简洁的程序设计语言，于是在BCPL语言的基础上创造了C语言。Java、C++等语言也都是在有着类似的高要求的任务下临时创造出来，然后再不断发布标准进行改进的（C语言是为了操作系统，Java是为了嵌入式应用和网络开发……） 如果现有的轮子不够好，那么就去自己造一个轮子，也正是因为这个特殊的原因，所有这些以实用为目的的语言都很高效，语法构造方法、编程逻辑和配套的编译技术都很成功，所以能够切切实实地解决工程上的问题。另外，这些实用目的语言的语法都很自由（Python因为“明确”、“简单”的哲学所以算个例外），正好符合了不同性格的程序员的需要。另外非常重要的一点是：“决定一种程序设计语言是否强大的是这个语言的库（标准程序库、类库、包、组件、单元、模块……每种语言都有自己的叫法）而不是程序设计语言本身”；这可能会让很多人不高兴：说实话，C语言在语言的优雅性和友好性上（比如==和=）完全和Ada、Pascal比不了（Ada是军方人员设计的，Pascal是数学家设计的），但是C语言依然非常流行，这是因为你想要写一个含有系统调用的程序，用C语言是最佳选择，Ada和Pascal这样的语言想要直接和内核交流是很麻烦的。同理也可以解释C++、Java、Perl等语言的流行，你想要写多线程的程序用C++的多线程库和Java的包就行了，你想写正则表达式相关的程序用Perl或者C++ boost库就好了……懂得不要重复造轮子是很重要的，遇到不能解决的问题，先去查查资料看有没有人已经写好了类似的程序，直接把他的函数抄过来就是了——这恐怕是很多人都会做的吧？这些实用性的语言，在长期使用的广泛的使用过程中积累了大量优秀的库（C++的STL、BOOST和有些编译器自带的库，Object-C专门针对Mac OS X的库，Fortran的便于科学计算的函数等等），而且还有越来越多的程序员在不断增加更好的库，这些都使这些“语言”越来越强大。

　　

　　这些程序设计语言在发展过程中既有一些公共的库（比如文件的I/O），也有一些特有的库（比如线程库、RE库），这些特有的库往往是某一语言的最大优势，可以说正是这些各自独立的库把不同的语言区别开来，长此以往，解决某些特定问题时程序员就倾向使用某一特定语言。这并不是说这些特有的库无法移植到其它的语言上，只是由于代码量巨大，移植是在是个不小的工程（况且，在某种语言中表述很方便的语言在另一种中就会难以表示，比如C语言有很多语言都没有的显示指针，在Lazarus项目中，程序员开发了一个程序用以把C头文件自动转换成Pascal单元，即使这样，实现代码的量依旧很大，这种源到源的语言翻译的介绍可以参见龙书的引论部分，不学编译原理的请略过）。因为有如此多的专用库，这些实用目的语言越来越多也就不稀奇了。

 

　　二、学术目的

 

 

 

　　不管什么程序设计语言，在本质上都不过是机器级别的0或1。所谓的高级语言不过是机器眼中的胡言乱语（这也正是编译技术存在的价值）。

　　然而，人不是机器，也不可能也没必要成为机器。创造程序设计语言的目的是为程序员服务的，应该说，一个程序员所用的语言很大程度上决定了他的思维方式——程序设计语言本身就是一种严谨的数学模型、一种高效的思维方式。为了说明这个道理我以一个物理题为例来解释：一辆汽车做匀速直线运动，以2m/s的速度经过了6m，问汽车用了多少时间？显然t=s/v=6/2=3(s)，这也可以列方程来解决：设运动用时t s，则 tv=s，即 2t=6，解得t=3，这好像多此一举。如果把问题稍微“复杂”一下：一辆汽车以1m/s的初速度做加速为2m/s²的匀加速直线运动,经过了6m，问汽车用时多少时间？根据运动学公式列方程 V_0*t+1/2*a*t²=s，即 1*t+0.5*2*t²=6，解得 t=2，也就是要用2s。又或者可以这样做：由速度与时间的关系可以得到 v(t)=v₀+a*t，而

　　解这个等式同样也可以求出t。这个时候使用方程就很自然了，用定积分却显得多余。从中我们知道什么？人的思维能力是有限的，面对复杂的新问题，要么用就用原来老方法麻烦地进行计算，要么提出新的高效的模型来解决问题。不管是算术、方程还是微积分、傅立叶变换或是其它高级的数学方法、模型都只是一个简化问题的抽象层（数学家看到了我说这句话恐怕会很生气的，但这就是事实），作为类比，程序设计语言就好比这里的数学模型，越是复杂的问题、越是大的规模（指问题规模），才越能体现出高级语言的价值（有人用过几十多种语言写”hello world”，这有什么意义呢？我用机器语言都能写hello world）。知道了语言模型对于思维方式的影响，我们就能解释这么多语言的学术上（或者说是研究上）的目的了：机器语言/汇编语言意味着程序员专注的是寄存器、内存地址、状态、位的打开或关闭，因此思维重在每一条实际的指令；而C、Pascal这样的命令式语言注重每一个“计算过程”，因此思维重在将计算方法、算法、数学模型表达出来；而Java、C++这样的面向对象的程序设计语言，试图用对象、类、属性、方法这些概念来统一的描述算法和数据结构，OO语言的思维因此能够重在算法和数据；还有像Lisp、Haskell、Erlang、Prolog这样的函数式、逻辑式语言，强调的是数学的推演、函数的运算、逻辑的证明，我认为它们才是最接近人的思维的语言；而像SQL这样的语言，强调是“高产出”，它们是对常用的指令进行了简化、“宏化”（Macronize,本人自己造的一个词），它们的思维是“要做什么”而不是“怎么做”；最后，是像HTML这类Markup语言（有人说HTML不是程序设计语言……）个人认为是一种glue（胶水语言，最有名的glue算是Lua了），它对文本（比如网页）的格式进行描述，同时又把JavaScript、Applet等等扩展“连接”在一起，它们的思维是“组合”，是怎样才能协调各个组件、把组件的功能发挥到极致（说起排版不得不提提TeX了，它和HTML的思维类似，各种开发好的宏集就是它的“组件”）。最后我还想再谈一谈“学术风味”很浓的函数式语言，函数式语言历史悠久，但多年以来一直在学术界活跃，少有能够成功商业化的，多年来一直处于不温不火的的状态。但随着今年来编译技术的发展，函数式语言的执行效率已经很高了，加上大数据时代对于大量数据处理的需求、机器深度学习的成熟、现代架构计算机的发展，仅仅依靠程序执行的单线程性能提升已经不能够满足实际需求了，只有并发和并发才能满足这样的高负荷计算要求，纯函数语言处理起多线程来十分方便，能够“榨干”处理器的运算潜力，这也是近年来Erlang之类的语言大放异彩的重要原因。在现代计算机结构和工艺发展难度大的情况下，这些函数式语言可能会成为推动计算力的重要动力，这一点可以参见本人的论文《AACOS:基于编译器和操作系统内核的算法设计与实现》（由于版权的问题，我暂时不能把论文贴出来:-)）。

 

　　三、商业及特殊应用需要

 

　　（以下言论仅仅是本人个人观点，没有任何指责的意思）

　　

 

　　开发一种编程语言是可以赚钱的，你信吗？

　　实际上开发一种新的语言意味着建立自己的“统一标准”（说起标准就不得不谈高通了，高通从“标准”上捞了多少银子？），一方面可以方便维护自己的产品，另一方面可以借助市场地位强迫程序员学习某种语言进而达到自己（至少在某一领域）的霸主地位。为什么这么多年以来微软对BASIC情有独钟？在DOS时代，QBASIC——一种BASIC的变种，是每台PC上必装应用，也是当时很多人必学的一种语言，QBASIC无论是从程序执行效率还是语言的思维性上都不好，但是因为是预装的，本着“不够好但够用”的原则，许多用户居然凑合下来了（惭愧本人就是从QBASIC开始接触编程的）！这恐怕和IE用户如此众多的原因是异曲同工的吧？就这样QBASIC居然一时成为了最受欢迎的入门编程语言工具。到后来，微软推出Visual Basic实际上是为了和Borland（现已被收购）的Delphi竞争入门级编程工具市场（在相当长的一段时间内VB都不是Delphi的对手，可以参见本人的另一片随笔《Borland和Microsoft的对话》，这直接导致了C#的诞生——C#——一种C++、Java、Object Pascal杂交的到的混血儿），凭借自己在BASIC用户上的积累，在RAD领域混得不错了，微软又趁热打铁的推出了VBS/VBE、VBA等等脚本语言，目的就是拉拢自己的VB用户，使这种糟糕的语言能够勉勉强强适应系统GUI编程、办公套件编程、数据库编程，好了现在形成了一个有机的整体。一个程序员要么学多种语言来完成不同的任务，要么学一种不够好但够用的语言——然后，一招鲜，吃遍天……学习一种语言的成本是很高的（要时间和电费），所以有很多程序员会选择微软指定的这一标准。还有近几年大红的Object-C、Swift、Go，虽然名义上是开源的，但是谁知道他们的真正目的？除此之外，还有很多DSL（Domain-Specific Language，专业领域语言），比如sed和awk是为了处理文本，PHP是为了处理Web开发、Emacs Lisp和Vim脚本是为了扩展编辑器功能，PostScript是为了排版，batch和各种shell script是为了shell编程等等。这里介绍一个典型：Adobe的ActionScript，它的作用就是为了支持Adobe自己的Flash，主要用于Flash动画和应用程序，不论ActionScript语言自身发展的多好不过是一个扩展罢了。

 　　好了，已经介绍完了实用目的、学术目的、商业及特殊需要，相信各位对“为什么会有这么多种程序设计语言”这个问题有了更深刻的理解，也可能有了更多的疑惑。如果你有任何疑惑或者愿意和我交流，欢迎留言。对了，除了我说的三个目的之外还有没有别的创造新语言的原因？有，我自己设计了一种名为Grove的语言，用“树”来完成过程编程和lambda表达式，改天把解释器的源码发出来交流一下。我的目的呢？Just for fun……