面向对象十月来啦

简介

大家好。希望你一切都好。九月我们过得挺忙。我们在网站上发布了一大批新的改进和功能，主要围绕改进导师指导以及相关流程。结果就是，我们收到的导师指导请求数量是 4 周前的两倍，这很棒。如果你还没试过让导师审查你的代码，一定要试试，这是非常棒的学习方式。如果你想帮助别人，队列里有很多请求等着你。你可以在 Contribute 菜单的 Mentoring 链接下注册成为导师！我们还做了一次大型数据库更新，从 MySQL 5.6 升级到 MySQL 8，我录了视频，放在 Insiders 板块里。所以如果你是 Insider，还没看过那段视频，一定要去看看！

好，接下来聊聊 #12in23。九月是个有趣的月份，我们探索了简洁凝练的语言。这个月我们换个方向，来看看几头块头大得多的“巨兽”。我们聚焦面向对象语言，具体来说是 C#、Crystal、Java、Pharo、Ruby 和 PowerShell。我们已经在五月和八月分别讨论过 Pharo 和 Java，所以这个视频里不再重复。但如果你对这两种语言的介绍感兴趣，可以看看前几个月的视频。不过在这个视频里，我们要探索 C#、Crystal、Ruby 和 PowerShell。和往常一样，Erik 会带我们了解这些语言有趣和独特的地方。

徽章

和往常一样，完成这些语言中任意 5 道练习即可获得面向对象十月徽章。我们还有全年徽章，我知道很多人都在为它努力。为此我们准备了 5 道精选练习供你完成，它们都很适合用面向对象的方式解决。它们是：

• 二叉搜索树：在二叉树中插入和查找数字
• 环形缓冲区：实现一个首尾相连的数据结构
• 时钟：实现一个只处理时间、不涉及日期的时钟
• 矩阵：返回以字符串表示的矩阵的行和列
• 简单密码：实现一个替换密码

概览

C#

• 由 Anders Hejlsberg 于 2000 年在微软开发
• 这门语言和虚拟机都有官方规范。2002 年成为 ECMA 官方标准，2003 年成为 ISO 标准
• 编译器、.NET Framework（标准库）和 Visual Studio（编辑器）最初都是闭源的，但编译器和 .NET Framework 在 2014 年开源
• 虽然与 Java（早几年发布）共享大量语法，但 C# 并不是 Java 的一对一复制（例如支持属性、值类型，以及没有受检异常）
• 编译为字节码，自 .NET 7 起支持编译为机器码（仍在改进中）
• 被大量软件使用，从网站到嵌入式系统，从应用（Xamarin）到游戏（Unity）

Crystal

• Crystal 由 Ary Borenszweig（他在 Exercism 上有账号）、Juan Wajnerman 和 Brian Cardiff 开发（最初叫 Joy，但 3 天后改名为 Crystal :））
• 旨在兼具 Ruby 的优雅和生产力，以及现代编译型语言的速度、效率和类型安全
• 由 Manas 组织开发的开源语言
• 1.0 版本于 2021 年发布
• 使用 LLVM 编译为机器码（和 Rust 一样）
• 编译器最初用 Ruby 编写，后来转变为自举版本
• 被卡车公司 Nikola、Manas 等使用，主要用于网站，也用于云服务、命令行应用和脚本

PowerShell

• 由 Jeffrey Snover 领导的微软团队打造，最初于 2006 年发布
• 开发源于 Intel，他们想把 KornShell 脚本从 Sun RISC 迁移到另一个平台，以协助自家 CPU 的开发。最终 Intel 选择了别的平台，但微软继续开发他们的新 shell：PowerShell，因为它能改进 Windows 系统管理（当时的管理并不太好，经常需要图形界面）
• 语法受到 KornShell 影响，也受 PHP、Perl 等影响
• 第一个版本只能运行在 .NET Framework 上，也就是说只能在 Windows 上运行。但 PowerShell 6.0（2018 年发布）运行在 .NET Core 上，后者跨平台且开源
• 主要用于系统管理，也用于提供 CLI 工具或对其他工具的封装。我们在批量处理 Exercism 代码仓库时大量使用它

Ruby

• 由松本行弘（Matz）开发，1995 年首次发布
• Matz 想用一门真正面向对象的脚本语言，但不喜欢现有的选择（比如 Perl 和 Python），于是打造了一门新语言：Ruby
• Matz 这样描述 Ruby：核心是一门简单的 Lisp 语言，有着类似 Smalltalk 的对象系统、受高阶函数启发的块，以及类似 Perl 的实用工具性
• 通常是解释执行，但也可以即时编译为机器码
• 除了官方翻译，还有别的实现，比如 JRuby（运行在 JVM 上）、Rubinius（使用 LLVM）和 YJIT，一个随官方安装包一起发布的即时编译器
• 大多用于网站（借助 Ruby on Rails），例如 GitHub、Stripe、Shopify 等（包括 Exercism 和 Exercism 论坛！）。Ruby 也用于自动化

从编程角度看，它们有什么不同？

它们都是面向对象语言，虽然实现方式不尽相同（例如 Crystal 和 Ruby 用 Smalltalk 的消息发送模型来调用方法）。

C#

• 强类型、静态类型
• 也支持命令式和声明式范式，并且越来越函数式

Crystal

• 强类型、静态类型（与 Ruby 不同）
• 也支持函数式和命令式编程

PowerShell

• 强类型
• 也支持命令式、函数式编程和基于管道的编程

Ruby

• 动态类型
• 也支持函数式和命令式编程

话虽如此，这些语言首先都是面向对象语言。

这些语言有什么过人之处？

C#

• （几乎）到处都能运行，包括通过 Xamarin 运行应用。最初只能在 Windows 上运行，这催生了 Mono，一个免费开源、跨平台的 C# 编译器和运行时实现。2015 年推出了 .NET Core，它完全跨平台且开源
• 通用：几乎可用于任何工作负载，包括应用、网站和游戏
• 表达力强：用相对较少的 C# 代码就能做很多事。LINQ 尤其能大幅提升效率，用起来也很有趣
• 出色的工具链，既包括 IDE 也包括构建系统等其他工具。Visual Studio 仅限 Windows，而 JetBrains Rider 和 VS Code 跨平台
• .NET 编译器平台（通常称为 Roslyn）是解析、转换、生成 C# 代码的绝佳方式（我们在 C# 的 test runner、analyzer 和 representer 中大量使用它）
• 文档详尽、细致、写得好
• 社区庞大：有大量资源可用，包括博客、论坛等

Crystal

• 语法优雅易读，让 Crystal 代码易于读写
• 表达力强。和 Ruby 一样，Crystal 非常有表现力，用很少的代码就能做很多事。这在一定程度上归功于出色而丰富的标准库
• 快。静态类型使得可以用 LLVM 编译出高效的机器码，并通过垃圾回收器实现简单的内存管理
• 出色的面向对象实现。一切都是对象，包括类和数字、布尔值这样的原始类型
• 开箱即用：庞大的标准库、内置格式化器、模板引擎、测试框架等
• 互操作。与 C 库互操作很简单
• 跨平台：可运行在 Linux、macOS 和 Windows 上，不过 Windows 还不是一等公民

PowerShell

• 强大：PowerShell 是管理员的强大工具。它能与许多其他系统很好地集成，比如 Windows 操作系统（组件、服务和设置）、Exchange、SharePoint、Azure 等其他微软产品。它还能与许多其他技术交互，比如 REST API、数据库、Web 服务等
• 可用性：PowerShell 在每一个现代 Windows 系统上都预装，也能安装在任何运行 .NET 的系统上（包括 macOS、Linux 和许多 Unix 系统）
• 安全性：PowerShell 内置了保护脚本安全、并基于签名脚本和执行策略限制其执行的功能。这对确保自动化流程的安全至关重要
• 图形界面：你可以把它和 Windows Forms 或 Windows Presentation Foundation 等框架结合，为 PowerShell 脚本设计和构建图形界面，让它更友好易用
• 管道：与 Unix 系统上的 Bash 类似，PowerShell 允许把 cmdlet 串联起来，通过把一个 cmdlet 的输出作为另一个的输入，来完成复杂的操作和任务

Ruby

• 语法优雅易读，让 Ruby 代码易于读写
• 表达力强。Ruby 是一门非常有表现力的语言，用很少的代码就能做很多事。这在一定程度上归功于出色而丰富的标准库
• 庞大的生态系统，有海量可用库（gem）
• 出色的面向对象实现。一切都是对象，包括类和数字、布尔值这样的原始类型
• 务实。Ruby 及其大多数库都非常务实，专注于解决现实世界的问题
• 互操作。与 C 库互操作很简单，这在性能特别重要时经常使用。例如，Nokogiri 这个 gem 通过封装 C 库来完成繁重的工作，从而以高性能的方式处理 XML
• 有大量创新正在发生。例如，Stripe 构建了 Sorbet，一个 Ruby 的类型检查器；Shopify 开发了 YJIT，一个 Ruby 的即时编译器（包含在 Ruby 3.1+ 中）；WASM 支持也在开发中

突出特性

C#

• 性能出色，尤其是对托管语言而言。语言和运行时都有大量提升性能的特性，例如 Span<t> 类型和对 CPU 内建指令的访问（如 AVX 指令）。CLR 是一个成熟、稳定、高性能的虚拟机，还在不断改进</t>
• 庞大的生态系统，有海量可用库。这些库和 C# 一样，成熟、稳定、功能齐全
• 现代且不断演进：语言和运行时仍在演进，语言更新非常频繁，让它更现代化。例如：
• async/await 让并发更简单
• span<t> 实现高效的内存使用</t>
• 可空引用类型（修复了“十亿美元的错误”）
• 运行时也在定期更新，例如 .NET AOT 可直接编译为机器码
• 相比其他许多语言/生态系统，替代方案更少。大多数情况下，用微软提供的默认方案就足够了，通常也包括 IDE。你也可以说这是一个缺点，但它也可能很棒，尤其是在刚开始学一门语言时

Crystal

• 两全其美。全局类型推断和联合类型的结合，让 Crystal 感觉像一门动态类型语言，通常不需要写太多类型标注，同时又拥有静态类型语言的性能和额外的安全保障（包括编译时的 nil 检查）
• 元编程。与 Ruby 的动态、运行时元编程不同，Crystal 有宏，在编译时运行。宏作用于 AST 节点并生成代码。它们定义和使用都相当容易。Embedded Crystal（ECR）是一个内置模板引擎，用宏把 Crystal 代码嵌入其他文本
• 出色的并发。并发易于使用，采用类似 Go 的并发模型，使用 fiber（轻量执行单元）并通过 channel 通信
• 高效又有趣。Ruby 以面向生产力和开发者幸福感的设计著称，语法优雅易读，人体工学出色。由于 Crystal 的语法和设计非常接近 Ruby，这一点同样适用于 Crystal（有趣的事实：相当多的 Ruby 代码是合法的 Crystal 代码）

PowerShell

• Cmdlet：PowerShell 用 cmdlet（读作 "command-lets"）作为其构建块。它们是小巧的、面向任务的命令，封装了现有功能，为系统管理员提供一致的（例如用 Get-Help 显示任何 cmdlet 的帮助）、对管理员友好的界面。有面向各种各样“后端”的 cmdlet，比如所有 .NET 类、Windows Management Instrumentation、Azure 等等。cmdlet 可以用任何 .NET 语言定义，且定义方式非常声明式，参数、其验证、要求（required 为 true/false）、替代（switch）名称等都能轻松定义。
• 面向对象：PowerShell 中几乎所有东西都是带有许多不同属性的对象。文件、进程、注册表项，甚至字符串和数字这样的简单数据类型，都被当作对象处理，这种方式简化了你处理不同数据类型和服务的方式。任何用过 .NET 的人都会感到非常熟悉
• 远程管理：它支持对 Windows 服务器和系统的远程管理，甚至能管理 Azure、AWS 和 GCP 上的云资源，这对管理大规模自动化和部署至关重要。
• 可扩展：它有出色的内置模块系统，允许你创建自定义 cmdlet、函数和模块，并与其他编程语言和库协作，按需进一步扩展其能力。

Ruby

• 高效又有趣。Ruby 以面向生产力和开发者幸福感的设计著称。虽然难以量化，但用过 Ruby 的人的热情就说明了一切
• 元编程。Ruby 高度动态，支持运行时元编程。无论是给现有类打补丁（monkey-patching）、动态添加或调用方法，Ruby 都能满足你
• Ruby on Rails 是一个出色、功能齐全的网站构建框架。开箱即用，它包含模板、缓存、ActiveRecord（通过对象与数据库交互的方式）、迁移、脚手架、WebSocket 等。

如何选择

• 如果你熟悉面向对象编程，但想看看不同的做法，试试 Pharo
• 如果你懂 Java 或 C#，但有一阵子没碰了，不妨再试一次。这两门语言都进化了很多，去看看那些闪亮的新特性吧！
• 如果你在找工作，C# 和 Java（以及程度稍轻的 Ruby）也是很好的选择，因为它们是雇主最需要的语言之一
• 如果你懂 Ruby，试试 Crystal，看看一门静态类型的 Ruby 会是什么样子、什么感觉
• 如果你喜欢动态语言，但也想要出色的性能，去看看 Crystal
• 如果你懂 Bash 或 Windows 批处理文件，试试 PowerShell，看看 shell 脚本的另一种面向对象做法
• 如果你总体上喜欢脚本语言，Ruby、Crystal 和 PowerShell 都是不错的选择
• 如果你想做一些元编程，Pharo、Crystal 和 Ruby 都很棒（C# 也在获得一些元编程特性）
• 如果你想体验用一门不依赖文本文件的语言编程是什么感觉，试试 Pharo 及其独特而强大的 IDE
• 如果你喜欢构建网站，带 Ruby on Rails 框架的 Ruby 值得一试