物件導向十月

簡介

嗨，大家好。希望你最近一切都好。九月對我們來說是忙碌的一個月，我們在網站上推出了許多新的改進與功能，主要都圍繞著改善引導機制以及相關流程。結果，現在收到的導師請求數量是四週前的兩倍，這真是太棒了。如果你還沒試過讓導師審查你的程式碼，一定要試試看，這是學習的絕佳方式。如果你想幫助別人，佇列裡還有很多請求在等著你伸出援手。你可以在 Contribute 選單裡的 Mentoring 連結註冊成為導師！我們也做了一次大型資料庫更新，把 MySQL 5.6 升級到 MySQL 8，我把它錄了下來，放在 Insiders 區塊，所以如果你是 Insider 而且還沒看過，記得去瞧瞧喔！

好，接著來談 #12in23。九月是個很有意思的月份，我們探索了簡潔、精煉的語言。這個月我們要換個方向，來看看一些大得多的巨獸。我們把焦點放在物件導向語言，特別是 C#、Crystal、Java、Pharo、Ruby 和 PowerShell。我們已經分別在五月和八月談過 Pharo 和 Java，所以這支影片不會再介紹它們，但如果你對這兩種語言的入門介紹有興趣，歡迎去看看前幾個月的影片。不過在這支影片裡，我們要來探索 C#、Crystal、Ruby 和 PowerShell，一如往常，Erik 會帶我們了解這些語言有趣又獨特的地方。

徽章

一如往常，只要在這些語言中完成任 5 個練習，就能獲得物件導向十月徽章。我們也有全年徽章，我知道很多人正朝著它努力。為此，我們準備了 5 個精選練習讓你完成，這些練習都很適合用 OOP 的方式來解。它們是：

• 二元搜尋樹：在二元樹中插入與搜尋數字
• 環形緩衝區：實作一個頭尾相連的資料結構
• 時鐘：實作一個能處理時間、但不含日期的時鐘
• 矩陣：回傳以字串表示的矩陣的列與行
• 簡單密碼：實作一個替換式密碼

各語言概觀

C#

• 由 Anders Hejlsberg 於 2000 年在 Microsoft 開發
• 這門語言與虛擬機器都有官方規格。2002 年成為 ECMA 正式標準，2003 年成為 ISO 標準
• 編譯器、.NET Framework（標準函式庫）和 Visual Studio（編輯器）最初都是閉源的，但編譯器和 .NET Framework 在 2014 年開源了
• 雖然和 Java（早幾年推出）有許多相同的語法，C# 並不是 Java 的一對一翻版（例如支援屬性、實值型別，以及沒有受檢例外）
• 會編譯成位元組碼，自 .NET 7 起也支援編譯成機器碼（仍在持續改進）
• 被大量軟體採用，從網站到嵌入式系統，從應用程式（Xamarin）到遊戲（Unity）都有

Crystal

• Crystal 由 Ary Borenszweig（他在 Exercism 上有帳號）、Juan Wajnerman 和 Brian Cardiff 開發（原本叫做 Joy，但三天後就改名為 Crystal 了 :)）
• 設計目標是兼具 Ruby 的優雅與生產力，以及現代編譯式語言的速度、效率與型別安全
• 由 Manas 組織開發的開源語言
• 1.0 版於 2021 年發布
• 使用 LLVM 編譯成機器碼（就像 Rust）
• 編譯器最初用 Ruby 撰寫，後來改為自我編譯的版本
• 卡車公司 Nikola、Manas 等都在使用，主要用於網站，也用於雲端服務、命令列應用程式和腳本

PowerShell

• 由 Jeffrey Snover 在 Microsoft 帶領的團隊打造，最初於 2006 年發布
• 開發的起因是 Intel，他們想把自家的 KornShell 腳本從 Sun RISC 搬到另一個平台，以協助自家 CPU 的開發。最後 Intel 選擇了別的平台，但 Microsoft 仍繼續開發他們的新 shell：PowerShell，因為它有機會改善 Windows 系統管理（當時的系統管理並不特別好用，經常得靠 GUI）
• 語法靈感來自 KornShell，也來自 PHP、Perl 等
• 第一版只能在 .NET Framework 上執行，也就是只能在 Windows 上跑。但 PowerShell 6.0（2018 年發布）能在 .NET Core 上執行，而 .NET Core 是跨平台且開源的
• 主要用於系統管理，也用來提供 CLI 工具或其他工具的包裝。我們大量用它來批次處理 Exercism 的儲存庫

Ruby

• 由 Yukihiro Matsumoto（又名 Matz）開發，於 1995 年首次發布
• Matz 想用一門真正物件導向的腳本語言，但不喜歡現有的選擇（例如 Perl 和 Python），於是打造了一門新語言：Ruby
• Matz 形容 Ruby 的核心是一門簡單的 Lisp 語言，物件系統類似 Smalltalk，區塊受到高階函式的啟發，並具有像 Perl 那樣實用的功能
• 通常由翻譯員執行，但也能即時編譯成機器碼
• 除了官方翻譯員之外，還有其他實作，例如 JRuby（在 JVM 上執行）、Rubinius（使用 LLVM），以及 YJIT，一個隨官方安裝套件一起發布的即時編譯器
• 主要用於網站（透過 Ruby on Rails），例如 GitHub、Stripe、Shopify 等族繁不及備載（包括 Exercism 和 Exercism 論壇！）。Ruby 也常用於自動化

從程式設計的角度來看，它們有什麼不同？

它們全都是物件導向語言，只是實作方式不盡相同（例如 Crystal 和 Ruby 用 Smalltalk 的訊息傳遞模型來呼叫方法）。

C#

• 強型別且靜態型別
• 也支援指令式與宣告式範式，而且越來越偏向函式式

Crystal

• 強型別且靜態型別（和 Ruby 不同）
• 也支援函式式與指令式程式設計

PowerShell

• 強型別
• 也支援指令式、函式式程式設計，以及以管線為基礎的程式設計

Ruby

• 動態型別
• 也支援函式式與指令式程式設計

話雖如此，這些語言首先都是物件導向語言。

這些語言有哪些過人之處？

C#

• 幾乎在任何地方都能執行，包括透過 Xamarin 開發的應用程式。最初只能在 Windows 上執行，因而催生了 Mono，一個免費、開源且跨平台的 C# 編譯器與執行環境實作。2015 年推出了 .NET Core，完全跨平台且開源
• 通用：幾乎能用於任何工作負載，包括應用程式、網站和遊戲
• 表達力強：用相對少量的 C# 程式碼就能做很多事。尤其 LINQ 能大幅提升生產力，用起來也很有意思
• 工具支援極佳，無論是 IDE 還是建置系統之類的工具。Visual Studio 只能在 Windows 上用，但 JetBrains Rider 和 VS Code 都是跨平台的
• .NET Compiler Platform（常被稱為 Roslyn）是解析、轉換與產生 C# 程式碼的絕佳方式（我們在 C# 的測試執行器、分析器和表示器裡大量使用它）
• 文件詳盡、深入且寫得很好
• 社群龐大：有許多資源可用，包括部落格、論壇等等

Crystal

• 語法優雅易讀，讓 Crystal 程式碼好讀又好寫
• 表達力強。和 Ruby 一樣，Crystal 非常有表達力，用少量程式碼就能做很多事。這部分要歸功於優秀又完整的標準函式庫
• 快速。靜態型別讓它能透過 LLVM 編譯成高效率的機器碼，並藉由垃圾回收器簡化記憶體管理
• 出色的物件導向實作。一切都是物件，包括類別，以及數字和布林值等基本型別
• 開箱即用，標準函式庫龐大，內建格式化工具、樣板引擎、測試框架等等
• 互通性。能輕鬆與 C 函式庫互通
• 跨平台：可在 Linux、macOS 和 Windows 上執行，不過 Windows 還不是一等公民

PowerShell

• 強大：PowerShell 是系統管理員的強大工具。它能和許多其他系統良好整合，例如 Windows 作業系統（元件、服務與設定），以及其他 Microsoft 產品如 Exchange、SharePoint、Azure 等。它也能與許多其他技術互動，例如 REST API、資料庫、Web 服務等等
• 隨處可得：PowerShell 在每個現代 Windows 作業系統上都已預先安裝，也能安裝在任何可執行 .NET 的系統上（包括 macOS、Linux 和許多 Unix 系統）
• 安全性：PowerShell 內建保護腳本、並依據已簽署的腳本與執行原則限制執行的功能。這對確保自動化流程的安全至關重要
• GUI：你可以結合 Windows Forms 或 Windows Presentation Foundation 等框架，為 PowerShell 腳本設計並打造圖形介面，讓它更易於使用
• 管線：類似 Unix 系統上的 Bash，PowerShell 讓你能把 cmdlet 串接起來，將一個 cmdlet 的輸出當作另一個的輸入，以完成複雜的操作與任務

Ruby

• 語法優雅易讀，讓 Ruby 程式碼好讀又好寫
• 表達力強。Ruby 是非常有表達力的語言，用少量程式碼就能做很多事。這部分要歸功於優秀又完整的標準函式庫
• 生態系龐大，有數量驚人的可用函式庫（gems）
• 出色的物件導向實作。一切都是物件，包括類別，以及數字和布林值等基本型別
• 務實。Ruby 和它大多數的函式庫都非常務實，專注於解決真實世界的問題
• 互通性。能輕鬆與 C 函式庫互通，這在效能格外重要時經常派上用場。舉例來說，Nokogiri gem 包裝 C 函式庫來負責吃重的工作，讓你能以高效能的方式處理 XML
• 創新源源不絕。例如 Stripe 打造了 Sorbet，一個 Ruby 的型別檢查器；Shopify 開發了 YJIT，一個 Ruby 的即時編譯器（已納入 Ruby 3.1 以上版本）；WASM 支援也正在開發中

亮眼特色

C#

• 效能優異，對一門受控語言來說尤其如此。語言與執行環境都有大量提升效能的功能，例如 Span<t> 型別和對 CPU 內建指令的存取（如 AVX 指令）。CLR 是個成熟、穩定且效能極高的虛擬機器，並持續在改進</t>
• 生態系龐大，有數量驚人的可用函式庫。這些函式庫和 C# 一樣成熟、穩定且功能完整
• 現代且持續演進：語言和執行環境仍在演進，語言更新非常頻繁，變得越來越現代。例子包括：
• async/await，讓並行處理更簡單
• span<t>，帶來高效率的記憶體使用</t>
• 可為 null 的參考型別（修正了那個十億美元的錯誤）
• 執行環境也定期更新，例如 .NET AOT 可直接編譯成機器碼
• 替代方案比許多其他語言或生態系少。大多數情況下，用 Microsoft 提供的預設方案就夠了，這通常也包含 IDE。有人可能會說這也算缺點，但它其實很棒，尤其是在剛開始學一門語言的時候

Crystal

• 兩者兼得。全域型別推論與聯合型別的組合，讓 Crystal 感覺像動態型別語言，通常不太需要指定型別，卻同時擁有靜態型別語言的效能與額外的安全保證（包括編譯時期的 nil 檢查）
• 超程式設計。Crystal 不像 Ruby 那樣在執行時期做動態超程式設計，而是有在編譯時期執行的巨集。巨集作用於 AST 節點並產生程式碼，定義和使用都相當容易。Embedded Crystal（ECR）是內建的樣板引擎，用巨集把 Crystal 程式碼嵌入其他文字中
• 出色的並行能力。它採用類似 Go 的並行模型，使用纖程（輕量的執行單位），並透過通道互相溝通，讓並行變得簡單易用
• 高生產力又有趣。Ruby 以針對生產力與開發者幸福感而設計聞名，語法優雅易讀，使用體驗極佳。由於 Crystal 的語法和設計與 Ruby 非常相似，這點也適用於 Crystal（有趣的是，不少 Ruby 程式碼本身就是合法的 Crystal 程式碼）

PowerShell

• cmdlet：PowerShell 以 cmdlet（唸作「command-let」）作為積木。它們是小型、以任務為導向的命令，包裝現有的功能，為系統管理員提供一致（例如用 Get-Help 顯示任何 cmdlet 的說明）、對系統管理員友善的介面。各種「後端」都有對應的 cmdlet，例如所有 .NET 類別、Windows Management Instrumentation、Azure 等等。cmdlet 可以用任何 .NET 語言定義，而且定義方式非常宣告式，參數、參數驗證、需求（required true/false）、替代（switch）名稱等等都能輕鬆定義
• 物件導向：PowerShell 裡幾乎所有東西都是帶有各種屬性的物件。檔案、處理程序、登錄機碼，甚至字串和數字這類簡單的資料型態，全都當作物件處理，這樣的方式簡化了你處理與互動不同類型資料和服務的方式。用過 .NET 的人一定會覺得很熟悉
• 遠端管理：它支援 Windows 伺服器與系統的遠端管理，甚至能管理 Azure、AWS 和 GCP 上的雲端資源，這對管理大規模的自動化與部署至關重要
• 可擴充：它有很棒的內建模組系統，也讓你建立自訂的 cmdlet、函式和模組，還能與其他程式語言和函式庫搭配，依需求進一步擴充它的能力

Ruby

• 高生產力又有趣。Ruby 以針對生產力與開發者幸福感而設計聞名。這雖然難以量化，但用過 Ruby 的人的熱情已經說明了一切
• 超程式設計。Ruby 極具動態性，允許在執行時期做超程式設計。無論是對現有的類別做猴子補丁、動態新增或呼叫方法，Ruby 都能滿足你
• Ruby on Rails 是打造網站的絕佳全功能框架。開箱即用，內含樣板、快取、ActiveRecord（透過物件與資料庫互動的方式）、資料庫遷移、scaffolding、WebSockets 等等

該選哪一個

• 如果你熟悉物件導向程式設計，但想看點不一樣的做法，試試 Pharo
• 如果你懂 Java 或 C#，但已經一陣子沒碰了，不妨再試一次。這兩門語言都進化了很多，去看看那些閃亮的新功能吧！
• 如果你正在找工作，C# 和 Java（以及程度較小的 Ruby）也是很好的選擇，因為它們是雇主最常要求的語言之一
• 如果你懂 Ruby，試試 Crystal，看看一門靜態型別的 Ruby 會是什麼樣子、感覺如何
• 如果你喜歡動態語言，卻又想要優異的效能，去看看 Crystal
• 如果你懂 Bash 或 Windows 批次檔，試試 PowerShell，體驗一下 shell 腳本的另一種、物件導向的做法
• 如果你對腳本語言情有獨鍾，Ruby、Crystal 和 PowerShell 都是不錯的選擇
• 如果你想玩點超程式設計，Pharo、Crystal 和 Ruby 都很適合（C# 也逐漸加入一些超程式設計功能）
• 如果你想體驗用一門不靠文字檔的語言寫程式是什麼感覺，試試 Pharo 和它獨特又強大的 IDE
• 如果你喜歡打造網站，Ruby 和它的 Ruby on Rails 框架值得一試