Go 語言 Hello, World 的革命

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1.2 Hello, World 的革命

在創(chuàng)世紀章節(jié)中我們簡單介紹了 Go 語言的演化基因族譜，對其中來自于貝爾實驗室的特有并發(fā)編程基因做了重點介紹，最后引出了 Go 語言版的“Hello, World”程序。其實“Hello, World”程序是展示各種語言特性的最好的例子，是通向該語言的一個窗口。這一節(jié)我們將沿著各個編程語言演化的時間軸，簡單回顧下“Hello, World”程序是如何逐步演化到目前的 Go 語言形式、最終完成它的革命使命的。

圖 1-4 Go 語言并發(fā)演化歷史

1.2.1 B 語言 - Ken Thompson, 1972

首先是 B 語言，B 語言是 Go 語言之父貝爾實驗室的 Ken Thompson 早年間開發(fā)的一種通用的程序設計語言，設計目的是為了用于輔助 UNIX 系統(tǒng)的開發(fā)。但是因為B語言缺乏靈活的類型系統(tǒng)導致使用比較困難。后來，Ken Thompson 的同事 Dennis Ritchie 以 B 語言為基礎開發(fā)出了 C 語言，C 語言提供了豐富的類型，極大地增加了語言的表達能力。到目前為止它依然是世界上最常用的程序語言之一。而B語言自從被它取代之后，則就只存在于各種文獻之中，成為了歷史。

目前見到的 B 語言版本的“Hello World”，一般認為是來自于 Brian W. Kernighan 編寫的 B 語言入門教程（Go 核心代碼庫中的第一個提交者名字正是 Brian W. Kernighan），程序如下：

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

由于 B 語言缺乏靈活的數(shù)據(jù)類型，只能分別以 a、b、c 全局變量來定義要輸出的內容，并且每個變量的長度必須對齊到了 4 個字節(jié)（有一種寫匯編語言的感覺）。然后通過多次調用 putchar 函數(shù)輸出字符，最后的 '!*n' 表示輸出一個換行的意思。

總體來說，B 語言簡單，功能也比較簡陋。

1.2.2 C 語言 - Dennis Ritchie, 1974 ~ 1989

C 語言是由 Dennis Ritchie 在 B 語言的基礎上改進而來，它增加了豐富的數(shù)據(jù)類型，并最終實現(xiàn)了用它重寫 UNIX 的偉大目標。C 語言可以說是現(xiàn)代 IT 行業(yè)最重要的軟件基石，目前主流的操作系統(tǒng)幾乎全部是由 C 語言開發(fā)的，許多基礎系統(tǒng)軟件也是 C 語言開發(fā)的。C 系家族的編程語言占據(jù)統(tǒng)治地位達幾十年之久，半個多世紀以來依然充滿活力。

在 Brian W. Kernighan 于 1974 年左右編寫的 C 語言入門教程中，出現(xiàn)了第一個 C 語言版本的“Hello World”程序。這給后來大部分編程語言教程都以“Hello World”為第一個程序提供了慣例。第一個 C 語言版本的“Hello World”程序如下：

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

關于這個程序，有幾點需要說明的：首先是 main 函數(shù)因為沒有明確返回值類型，默認返回 int 類型；其次 printf 函數(shù)默認不需要導入函數(shù)聲明即可以使用；最后 main 沒有明確返回語句，但默認返回 0 值。在這個程序出現(xiàn)時，C 語言還遠未標準化，我們看到的是上古時代的 C 語言語法：函數(shù)不用寫返回值，函數(shù)參數(shù)也可以忽略，使用 printf 時不需要包含頭文件等。

這個例子同樣出現(xiàn)在了 1978 年出版的《C 程序設計語言》第一版中，作者正是 Brian W. Kernighan 和 Dennis M. Ritchie（簡稱 K&R）。書中的“Hello World”末尾增加了一個換行輸出：

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

這個例子在字符串末尾增加了一個換行，C 語言的 \n 換行比 B 語言的 '!*n' 換行看起來要簡潔了一些。

在 K&R 的教程面世 10 年之后的 1988 年，《C 程序設計語言》第二版終于出版了。此時 ANSI C 語言的標準化草案已經初步完成，但正式版本的文檔尚未發(fā)布。不過書中的“Hello World”程序根據(jù)新的規(guī)范增加了 #include <stdio.h> 頭文件包含語句，用于包含printf函數(shù)的聲明（新的 C89 標準中，僅僅是針對printf函數(shù)而言，依然可以不用聲明函數(shù)而直接使用）。

#include <stdio.h>

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

然后到了 1989 年，ANSI C 語言第一個國際標準發(fā)布，一般被稱為 C89。C89 是流行最廣泛的一個 C 語言標準，目前依然被大量使用?！禖 程序設計語言》第二版的也再次印刷新版本，并針對新發(fā)布的 C89 規(guī)范建議，給 main 函數(shù)的參數(shù)增加了 void 輸入參數(shù)說明，表示沒有輸入參數(shù)的意思。

#include <stdio.h>

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

至此，C 語言本身的進化基本完成。后面的 C92、C99、C11 都只是針對一些語言細節(jié)做了完善。因為各種歷史因素， C89 依然是使用最廣泛的標準。

1.2.3 Newsqueak - Rob Pike, 1989

Newsqueak 是 Rob Pike 發(fā)明的老鼠語言的第二代，是他用于實踐 CSP 并發(fā)編程模型的戰(zhàn)場。Newsqueak 是新的 squeak 語言的意思，其中 squeak 是老鼠吱吱吱的叫聲，也可以看作是類似鼠標點擊的聲音。Squeak 是一個提供鼠標和鍵盤事件處理的編程語言，Squeak語言的管道是靜態(tài)創(chuàng)建的。改進版的 Newsqueak 語言則提供了類似 C 語言語句和表達式的語法和類似 Pascal 語言的推導語法。Newsqueak 是一個帶自動垃圾回收的純函數(shù)式語言，它再次針對鍵盤、鼠標和窗口事件管理。但是在 Newsqueak 語言中管道是動態(tài)創(chuàng)建的，屬于第一類值，因此可以保存到變量中。

Newsqueak 類似腳本語言，內置了一個 ?print ?函數(shù)，它的“Hello World”程序看不出什么特色：

print("Hello,", "World", "\n");

從上面的程序中，除了猜測 print 函數(shù)可以支持多個參數(shù)外，我們很難看到 Newsqueak 語言相關的特性。由于 Newsqueak 語言和 Go 語言相關的特性主要是并發(fā)和管道。因此，我們這里通過一個并發(fā)版本的“素數(shù)篩”算法來略窺 Newsqueak 語言的特性?！八財?shù)篩”的原理如圖：

圖 1-5 素數(shù)篩

Newsqueak 語言并發(fā)版本的“素數(shù)篩”程序如下：

// 向管道輸出從 2 開始的自然數(shù)序列
counter := prog(c:chan of int) {
    i := 2;
    for(;;) {
        c <-= i++;
    }
};

// 針對 listen 管道獲取的數(shù)列，過濾掉是 prime 倍數(shù)的數(shù)
// 新的序列輸出到 send 管道
filter := prog(prime:int, listen, send:chan of int) {
    i:int;
    for(;;) {
        if((i = <-listen)%prime) {
            send <-= i;
        }
    }
};

// 主函數(shù)
// 每個管道第一個流出的數(shù)必然是素數(shù)
// 然后基于這個新的素數(shù)構建新的素數(shù)過濾器
sieve := prog() of chan of int {
    c := mk(chan of int);
    begin counter(c);
    prime := mk(chan of int);
    begin prog(){
        p:int;
        newc:chan of int;
        for(;;){
            prime <-= p =<- c;
            newc = mk();
            begin filter(p, c, newc);
            c = newc;
        }
    }();
    become prime;
};

// 啟動素數(shù)篩
prime := sieve();

其中 counter 函數(shù)用于向管道輸出原始的自然數(shù)序列，每個 filter 函數(shù)對象則對應每一個新的素數(shù)過濾管道，這些素數(shù)過濾管道根據(jù)當前的素數(shù)篩子將輸入管道流入的數(shù)列篩選后重新輸出到輸出管道。mk(chan of int) 用于創(chuàng)建管道，類似 Go 語言的 make(chan int) 語句；begin filter(p, c, newc) 關鍵字啟動素數(shù)篩的并發(fā)體，類似 Go 語言的 go filter(p, c, newc) 語句；become 用于返回函數(shù)結果，類似 return 語句。

Newsqueak 語言中并發(fā)體和管道的語法和 Go 語言已經比較接近了，后置的類型聲明和 Go 語言的語法也很相似。

1.2.4 Alef - Phil Winterbottom, 1993

在 Go 語言出現(xiàn)之前，Alef 語言是作者心中比較完美的并發(fā)語言，Alef 語法和運行時基本是無縫兼容 C 語言。Alef 語言中的對線程和進程的并發(fā)體都提供了支持，其中 proc receive(c) 用于啟動一個進程，task receive(c) 用于啟動一個線程，它們之間通過管道 c 進行通訊。不過由于 Alef 缺乏內存自動回收機制，導致并發(fā)體的內存資源管理異常復雜。而且 Alef 語言只在 Plan9 系統(tǒng)中提供過短暫的支持，其它操作系統(tǒng)并沒有實際可以運行的 Alef 開發(fā)環(huán)境。而且 Alef 語言只有《Alef 語言規(guī)范》和《Alef 編程向導》兩個公開的文檔，因此在貝爾實驗室之外關于 Alef 語言的討論并不多。

由于 Alef 語言同時支持進程和線程并發(fā)體，而且在并發(fā)體中可以再次啟動更多的并發(fā)體，導致了 Alef 的并發(fā)狀態(tài)會異常復雜。同時 Alef 沒有自動垃圾回收機制（Alef 因為保留的 C 語言靈活的指針特性，也導致了自動垃圾回收機制實現(xiàn)比較困難），各種資源充斥于不同的線程和進程之間，導致并發(fā)體的內存資源管理異常復雜。Alef 語言全部繼承了 C 語言的語法，可以認為是增強了并發(fā)語法的 C 語言。下圖是 Alef 語言文檔中展示的一個可能的并發(fā)體狀態(tài)：

圖 1-6 Alef 并發(fā)模型

Alef 語言并發(fā)版本的“Hello World”程序如下：

#include <alef.h>

void receive(chan(byte*) c) {
    byte *s;
    s = <- c;
    print("%s\n", s);
    terminate(nil);
}

void main(void) {
    chan(byte*) c;
    alloc c;
    proc receive(c);
    task receive(c);
    c <- = "hello proc or task";
    c <- = "hello proc or task";
    print("done\n");
    terminate(nil);
}

程序開頭的 #include <alef.h> 語句用于包含 Alef 語言的運行時庫。receive 是一個普通函數(shù)，程序中用作每個并發(fā)體的入口函數(shù)；main 函數(shù)中的 alloc c 語句先創(chuàng)建一個 chan(byte*) 類型的管道，類似 Go 語言的 make(chan []byte) 語句；然后分別以進程和線程的方式啟動 receive 函數(shù)；啟動并發(fā)體之后，main 函數(shù)向 c 管道發(fā)送了兩個字符串數(shù)據(jù)； 而進程和線程狀態(tài)運行的 receive 函數(shù)會以不確定的順序先后從管道收到數(shù)據(jù)后，然后分別打印字符串；最后每個并發(fā)體都通過調用 terminate(nil) 來結束自己。

Alef 的語法和 C 語言基本保持一致，可以認為它是在 C 語言的語法基礎上增加了并發(fā)編程相關的特性，可以看作是另一個維度的 C++ 語言。

1.2.5 Limbo - Sean Dorward, Phil Winterbottom, Rob Pike, 1995

Limbo（地獄）是用于開發(fā)運行在小型計算機上的分布式應用的編程語言，它支持模塊化編程，編譯期和運行時的強類型檢查，進程內基于具有類型的通信管道，原子性垃圾收集和簡單的抽象數(shù)據(jù)類型。Limbo 被設計為：即便是在沒有硬件內存保護的小型設備上，也能安全運行。Limbo 語言主要運行在 Inferno 系統(tǒng)之上。

Limbo 語言版本的“Hello World”程序如下：

implement Hello;

include "sys.m"; sys: Sys;
include "draw.m";

Hello: module
{
    init: fn(ctxt: ref Draw->Context, args: list of string);
};

init(ctxt: ref Draw->Context, args: list of string)
{
    sys = load Sys Sys->PATH;
    sys->print("hello, world\n");
}

從這個版本的“Hello World”程序中，我們已經可以發(fā)現(xiàn)很多 Go 語言特性的雛形。第一句 implement Hello; 基本對應 Go 語言的 package Hello 包聲明語句。然后是 include "sys.m"; sys: Sys; 和 include "draw.m"; 語句用于導入其它的模塊，類似 Go 語言的 import "sys" 和 import "draw" 語句。然后 Hello 包模塊還提供了模塊初始化函數(shù) init，并且函數(shù)的參數(shù)的類型也是后置的，不過 Go 語言的初始化函數(shù)是沒有參數(shù)的。

1.2.6 Go 語言 - 2007~2009

貝爾實驗室后來經歷了多次動蕩，包括 Ken Thompson 在內的 Plan9 項目原班人馬最終加入了 Google 公司。在發(fā)明 Limbo 等前輩語言誕生十多年之后，在 2007 年底，Go 語言三個最初的作者因為偶然的因素聚集到一起批斗 C++（傳說是 C++ 語言的布道師在 Google 公司到處鼓吹的 C++11 各種牛逼特性徹底惹惱了他們），他們終于抽出了 20% 的自由時間創(chuàng)造了 Go 語言。最初的 Go 語言規(guī)范從 2008 年 3 月開始編寫，最初的 Go 程序也是直接編譯到 C 語言然后再二次編譯為機器碼。到了 2008 年 5 月，Google 公司的領導們終于發(fā)現(xiàn)了 Go 語言的巨大潛力，從而開始全力支持這個項目（Google 的創(chuàng)始人甚至還貢獻了func關鍵字），讓他們可以將全部工作時間投入到 Go 語言的設計和開發(fā)中。在 Go 語言規(guī)范初版完成之后，Go 語言的編譯器終于可以直接生成機器碼了。

1.2.6.1 hello.go - 2008 年 6 月

package main

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

這是初期 Go 語言程序正式開始測試的版本。其中內置的用于調試的 print 語句已經存在，不過是以命令的方式使用。入口 main 函數(shù)還和 C 語言中的 main 函數(shù)一樣返回 int 類型的值，而且需要 return 顯式地返回值。每個語句末尾的分號也還存在。

1.2.6.2 hello.go - 2008 年 6 月 27 日

package main

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

入口函數(shù) main 已經去掉了返回值，程序默認通過隱式調用 exit(0) 來返回。Go 語言朝著簡單的方向逐步進化。

1.2.6.3 hello.go - 2008 年 8 月 11 日

package main

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

用于調試的內置的 print 由開始的命令改為普通的內置函數(shù)，使得語法更加簡單一致。

1.2.6.4 hello.go - 2008 年 10 月 24 日

package main

import "fmt"

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

作為 C 語言中招牌的 printf 格式化函數(shù)已經移植了到了 Go 語言中，函數(shù)放在 fmt 包中（fmt 是格式化單詞 format 的縮寫）。不過 printf 函數(shù)名的開頭字母依然是小寫字母，采用大寫字母表示導出的特性還沒有出現(xiàn)。

1.2.6.5 hello.go - 2009年1月15日

package main

import "fmt"

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

Go 語言開始采用是否大小寫首字母來區(qū)分符號是否可以被導出。大寫字母開頭表示導出的公共符號，小寫字母開頭表示包內部的私有符號。國內用戶需要注意的是，漢字中沒有大小寫字母的概念，因此以漢字開頭的符號目前是無法導出的（針對問題中國用戶已經給出相關建議，等 Go2 之后或許會調整對漢字的導出規(guī)則）。

1.2.6.7 hello.go - 2009 年 12 月 11 日

package main

import "fmt"

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

Go 語言終于移除了語句末尾的分號。這是 Go 語言在 2009 年 11 月 10 號正式開源之后第一個比較重要的語法改進。從 1978 年 C 語言教程第一版引入的分號分割的規(guī)則到現(xiàn)在，Go 語言的作者們花了整整 32 年終于移除了語句末尾的分號。在這 32 年的演化的過程中必然充滿了各種八卦故事，我想這一定是 Go 語言設計者深思熟慮的結果（現(xiàn)在 Swift 等新的語言也是默認忽略分號的，可見分號確實并不是那么的重要）。

1.2.7 你好, 世界! - V2.0

在經過半個世紀的涅槃重生之后，Go 語言不僅僅打印出了 Unicode 版本的“Hello, World”，而且可以方便地向全球用戶提供打印服務。下面版本通過 http 服務向每個訪問的客戶端打印中文的“你好, 世界!”和當前的時間信息。

package main

import (
    "fmt"
    "log"
    "net/http"
    "time"
)

func main() {
    fmt.Println("Please visit http://127.0.0.1:12345/")
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
        s := fmt.Sprintf("你好, 世界! -- Time: %s", time.Now().String())
        fmt.Fprintf(w, "%v\n", s)
        log.Printf("%v\n", s)
    })
    if err := http.ListenAndServe(":12345", nil); err != nil {
        log.Fatal("ListenAndServe: ", err)
    }
}

我們通過Go語言標準庫自帶的 net/http 包構造了一個獨立運行的 http 服務。其中 http.HandleFunc("/", ...) 針對 / 根路徑請求注冊了響應處理函數(shù)。在響應處理函數(shù)中，我們依然使用 fmt.Fprintf 格式化輸出函數(shù)實現(xiàn)了通過 http 協(xié)議向請求的客戶端打印格式化的字符串，同時通過標準庫的日志包在服務器端也打印相關字符串。最后通過 http.ListenAndServe 函數(shù)調用來啟動 http 服務。

至此，Go 語言終于完成了從單機單核時代的 C 語言到 21 世紀互聯(lián)網時代多核環(huán)境的通用編程語言的蛻變。