認(rèn)識(shí)Nim：具有類(lèi)似Python語(yǔ)法和C效率的語(yǔ)言

 

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幾周前，我在GitHub上瀏覽時(shí)遇到了一個(gè)引起我注意的回購(gòu)。 它托管了一個(gè)完全用Nim編寫(xiě)的項(xiàng)目。

Nim到底是什么? 我想。

我立刻得出結(jié)論，這是很多人使用的許多編程語(yǔ)言之一，但是我只是一個(gè)愚蠢的人，不知道它。 但是我沒(méi)有把它放在一邊，而是決定：讓我們對(duì)此有所了解。

然后，我有了兩個(gè)主要認(rèn)識(shí)：

• 不，很多人不使用這種語(yǔ)言。
• 但也許應(yīng)該如此。

因此，這里簡(jiǎn)要介紹了我在快速編程教程N(yùn)im方面的經(jīng)驗(yàn)，以及為什么該語(yǔ)言對(duì)我來(lái)說(shuō)非常有前途。

給我看代碼!

這是我在Nim中編寫(xiě)的一個(gè)無(wú)用的程序：

 

 

看起來(lái)很干凈。 它也是如此簡(jiǎn)單，即使您以前可能從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)Nim，您也可以毫不費(fèi)力地弄清楚它的作用。 (提示：它打印數(shù)字：5我：5。)

因此，讓我們分解一下這里似乎熟悉的內(nèi)容：

變量聲明

JavaScript開(kāi)發(fā)人員非常熟悉。 雖然某些語(yǔ)言使用var，有些語(yǔ)言使用let，但是JS和Nim都允許使用兩者之一進(jìn)行聲明。 請(qǐng)務(wù)必注意，兩種語(yǔ)言的含義并不相同。 但是稍后會(huì)更多。

塊語(yǔ)法

要在Nim中標(biāo)記一個(gè)新塊，我們使用冒號(hào)，后跟縮進(jìn)線(xiàn)。 那就是Python。

關(guān)鍵詞

這兩個(gè)循環(huán)以及if語(yǔ)句看起來(lái)都像是從Python中拔出來(lái)的。 實(shí)際上，從第5行開(kāi)始的所有內(nèi)容實(shí)際上都是有效的Python(假設(shè)我們定義了echo函數(shù))。

因此，是的，Python中的許多關(guān)鍵字和運(yùn)算符在Nim中也有效，例如not，is，and或or等。

到目前為止，Nim完全沒(méi)有什么特別的。 由于我們需要使用let或var，因此它看起來(lái)像是Python的較差版本(在語(yǔ)法上)。

但是，如果我告訴您的話(huà)，該怎么辦：Nim是一種靜態(tài)類(lèi)型的語(yǔ)言，其運(yùn)行速度幾乎與C一樣快。

哦，現(xiàn)在我們?cè)谡f(shuō)話(huà)。

一場(chǎng)友好的比賽

在深入探討Nim語(yǔ)法(尤其是靜態(tài)類(lèi)型的部分，我們?nèi)匀粵](méi)有看到它)之前，讓我們嘗試備份有關(guān)其速度的聲明。 為此，我編寫(xiě)了一個(gè)程序來(lái)天真地(即不進(jìn)行動(dòng)態(tài)編程)計(jì)算Nim，Python和C中的第n個(gè)斐波那契數(shù)。

為了公平起見(jiàn)，我根據(jù)針對(duì)此問(wèn)題的建議Leetcode解決方案(方法1)對(duì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，并確保在三種語(yǔ)言中盡可能地堅(jiān)持下去。

為了計(jì)時(shí)執(zhí)行時(shí)間，我在Bash shell中使用了時(shí)間輸出中的"真實(shí)"值。

以下是計(jì)算第40個(gè)斐波那契數(shù)的結(jié)果：

 

是的，那件事發(fā)生了。

現(xiàn)在，這是非常有限的，并且離科學(xué)實(shí)驗(yàn)還很遙遠(yuǎn)，但這與其他進(jìn)行了更嚴(yán)格基準(zhǔn)測(cè)試的人的發(fā)現(xiàn)一致[1] [2] [3]。

不過(guò)，我將在本文中運(yùn)行的所有代碼都可以在GitHub上找到，包括有關(guān)如何進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)的說(shuō)明。

那么，為什么Nim比Python快得多?

好吧，我要說(shuō)有兩個(gè)主要原因。 大大簡(jiǎn)化，這些是：

• Nim是在解釋Python時(shí)編譯的(不同意?請(qǐng)單擊鏈接)。 這意味著在運(yùn)行Python程序時(shí)，除了僅運(yùn)行該程序外，還有更多的工作要做，因?yàn)樵趯?shí)際執(zhí)行之前需要對(duì)其進(jìn)行解釋。 這通常會(huì)使語(yǔ)言慢很多。
• Nim是靜態(tài)鍵入的。 雖然我之前顯示的示例沒(méi)有單一的類(lèi)型聲明或注釋?zhuān)院笪覀儗⒖吹剿_實(shí)是靜態(tài)類(lèi)型的語(yǔ)言。 對(duì)于動(dòng)態(tài)類(lèi)型的Python，解釋器需要做更多的工作來(lái)找出并適當(dāng)?shù)靥幚眍?lèi)型，這會(huì)減慢執(zhí)行速度。

運(yùn)行更快，編寫(xiě)速度更慢

這是Python文檔關(guān)于解釋語(yǔ)言必須說(shuō)的話(huà)：

"盡管解釋型語(yǔ)言的程序運(yùn)行通常也較慢，但它們通常具有比編譯型語(yǔ)言更短的開(kāi)發(fā)/調(diào)試周期。"

例如，這句話(huà)很好地總結(jié)了Python和C之間的折衷。 您可以使用Python進(jìn)行的任何操作，也可以使用C進(jìn)行的操作，程序的運(yùn)行速度將提高多個(gè)數(shù)量級(jí)。

但是，您將花費(fèi)更多的時(shí)間用C編寫(xiě)和調(diào)試代碼，并且代碼更長(zhǎng)且可讀性更差。 這就是為什么C不再流行的原因，Python如此流行。 簡(jiǎn)而言之：Python是"簡(jiǎn)單的"(當(dāng)然，相對(duì)而言)。

因此，如果Python在頻譜的一端，而C在另一端，則Nim試圖處于中間位置：有點(diǎn)快又容易嗎? 這樣的事情。

但是，使Nim脫穎而出的原因是，乍一看，它似乎已使權(quán)衡最小化。 換句話(huà)說(shuō)，它比Python快得多，但是編程起來(lái)卻不像C那樣困難(或者感覺(jué)像經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)短檢查一樣)。

為了說(shuō)明這一點(diǎn)，讓我們看一下斐波那契實(shí)驗(yàn)中的代碼。

這是C代碼：

 

#include <stdio.h> 
 
int fibonacci(int n) { 
    if (n <= 1) { 
        return n; 
    }  
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2); 
} 
 
int main(void) { 
    printf("%i", fibonacci(40)); 
}  

Python：

 

def fibonacci(n): 
    if n <= 1: 
        return n 
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2) 
 
print(fibonacci(40)) 

和Nim：

 

proc fibonacci(n: int): int =  
    if n <= 1: 
        return n 
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2) 
 
echo(fibonacci(40)) 

盡管Nim擁有奇怪的proc東西，親愛(ài)的上帝，還是使用=聲明函數(shù)(或過(guò)程，稱(chēng)呼它們)，但它仍然比C干凈得多。

因此，也許這是一個(gè)值得權(quán)衡的問(wèn)題? 比Python難寫(xiě)一點(diǎn)，但是要快幾十倍-我可以接受。

Nim語(yǔ)法

以下是有關(guān)Nim語(yǔ)法的一些關(guān)鍵點(diǎn)的簡(jiǎn)要概述：

 

import strformat 
 
# Example taken from the Nim Website: https://nim-lang.org/ 
 
type 
  Person = object 
    name: string 
    age: Natural # Ensures the age is positive 
 
let people = [ 
  Person(name: "John", age: 45), 
  Person(name: "Kate", age: 30) 
] 
 
for person in people: 
  # Type-safe string interpolation, 
  # evaluated at compile time. 
  echo(fmt"{person.name} is {person.age} years old") 

變量

變量使用var，let或const聲明。

var和const基本上就像JavaScript一樣工作，但是讓我們有一個(gè)不同的故事。

盡管JavaScript中的let與var在范圍上有所不同，但Nim中的let表示一個(gè)變量，其值在初始化后不能更改。 有人告訴我，這顯然類(lèi)似于Swift。

但這不是常數(shù)嗎?

好吧，在Nim中，區(qū)別如下：

對(duì)于const，編譯器必須能夠在編譯時(shí)確定該值，而let可以在運(yùn)行時(shí)確定。

文檔提供了以下示例：

 

const input = readLine(stdin) # Error: constant expression expected 
 
let input = readLine(stdin) # works 

 

此外，您還可以像這樣聲明變量：

var 
 
a = 1 
 
b = 2 
 
c = 3 
 
x, y = 10 # Both x, y are assigned to 10 

函數(shù)

Nim中的函數(shù)稱(chēng)為過(guò)程，它們的聲明是這樣完成的：

 

proc procedureName(parameterName: parameterType):returnType = 
 
return returnVar 

鑒于該語(yǔ)言在很多方面看起來(lái)都像Python，因此當(dāng)您初次看到它們時(shí)，過(guò)程肯定顯得有些怪異。

用=代替{或：尤其奇怪。 但是，在單線(xiàn)過(guò)程中看起來(lái)更好一些：

 

proc hello(s: string) = echo s 

此外，您還可以從以下函數(shù)返回：

 

proc toString(x: int): string = 
 
result = 
 
if x < 0: "negative" 
 
elif x > 0: "positive" 
 
else: "zero" 

 

感覺(jué)您仍然應(yīng)該返回結(jié)果，但結(jié)果不是變量，而是一個(gè)關(guān)鍵字。 上面的代碼段是完全有效的Nim。

而且您還可以重載過(guò)程：

 

proc toString(x: int): string =    
    result =      
        if x < 0: "negative"      
        elif x > 0: "positive"      
        else: "zero"   
proc toString(x: bool): string =    
    result =      
        if x: "yep"      
        else: "nope" 
echo toString(true) # Calls the second version, prints "yep" 
echo toString(5) # Calls the first version, prints "positive" 

控制流

很像Python。

 

# if true: 
 
# while true: 
 
# for num in nums: 

 

要遍歷某個(gè)范圍，可以使用countup(start，finish)或countdown(start，finish)代替一個(gè)范圍。 或者，您可以簡(jiǎn)化整個(gè)過(guò)程并使用：for i in start..finish。

打印并獲取用戶(hù)輸入

 

let input = readLine(stdin) 
 
echo input 

 

與Python比較時(shí)，readLine(stdin)等效于input()，echo等效于print。

echo可以帶或不帶括號(hào)。

我的目標(biāo)是給您帶來(lái)Nim的品味，而不是通讀其完整手冊(cè)。 因此，我想我將在此處停止使用簡(jiǎn)單的語(yǔ)法，然后略過(guò)一些其他功能。

附加功能

面向?qū)ο缶幊?/strong>

Nim不是面向?qū)ο蟮模菍?duì)對(duì)象的支持極簡(jiǎn)。 但是，它們不像Python類(lèi)那么整潔。

宏

Nim支持宏和元編程，實(shí)際上，它似乎非常強(qiáng)調(diào)它。 由三部分組成的教程系列的整個(gè)部分都專(zhuān)門(mén)針對(duì)它。

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例：

 

import macros 
 
macro myMacro(arg: static[int]): untyped = 
 
echo arg 
 
 
 
myMacro(1 + 2 * 3) 

 

基本類(lèi)型

Nim中的基本類(lèi)型為：字符串，字符，布爾，整數(shù)，整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。

這些也是有效的：

int8 int16 int32 int64 uint8 uint16 uint32 uint64 float32 float64

另外，與Python不同，字符串在Nim中是可變的。

注釋

您可能已經(jīng)在上面的Python語(yǔ)法中看到了我的注釋?zhuān)桥cPython不同，多行注釋也使用了哈希符號(hào)(后接[或])：

 

# a comment#[ 
a 
multi 
line 
comment 
]# 

JavaScript編譯

從Nim網(wǎng)站：

" Nim包括一流的JavaScript后端，因此您可以輕松地同時(shí)定位客戶(hù)端和服務(wù)器。"

盡管我不確定有多少人會(huì)實(shí)際使用它，但是這很酷。 但是，如果您要播放用Nim編寫(xiě)的Browser Snake，則可以這樣做。 不過(guò)這次我沒(méi)有建造它。

迭代器

除了定義一個(gè)proc之外，還可以定義一個(gè)迭代器。 但是，Nim迭代器實(shí)際上更像Python生成器。 這是一個(gè)例子：

 

iterator countup(a, b: int): int =  
    var res = a  
    while res <= b:  
        yield res  
        inc(res) 

不區(qū)分Case和下劃線(xiàn)

Nim不區(qū)分大小寫(xiě)和下劃線(xiàn)(第一個(gè)字符除外)。

因此，HelloWorld和helloWorld是不同的，但是helloWorld，helloworld和hello_world都相同，因此有效：

 

proc my_func(s: string) = 
    echo s 
myFunc("hello") 

人氣度

 

也許您閱讀了標(biāo)題并對(duì)自己說(shuō)：嗯，我聽(tīng)說(shuō)過(guò)Nim或使用Nim!

那樣的話(huà)，嘿，我為你感到高興。 但是，我確實(shí)嘗試獲得了有關(guān)該語(yǔ)言受歡迎程度的一些信息，而且肯定不是那么高。

例如，在2020年堆棧溢出調(diào)查中甚至沒(méi)有提到Nim。 我在LinkedIn上找不到Nim開(kāi)發(fā)人員的工作(位置設(shè)置為Worldwide)，并且該語(yǔ)言的Stack Overflow標(biāo)簽只有349個(gè)問(wèn)題。 (與Python的1,500,000或更新語(yǔ)言(例如Swift的270,000)進(jìn)行比較。)

因此，可以肯定地說(shuō)，大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員都沒(méi)有使用過(guò)它，而且許多開(kāi)發(fā)人員甚至從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)Nim這個(gè)名字。

真正的Python替代品?

我對(duì)你說(shuō)老實(shí)話(huà)，我覺(jué)得Nim很酷。

在撰寫(xiě)本文時(shí)，我已經(jīng)研究了最低限度，因此還沒(méi)有深入到最低限度，但是我可以看到自己將來(lái)會(huì)用到它。

但是，盡管基本語(yǔ)法與Python非常相似，但是它變得相當(dāng)復(fù)雜，而且速度很快，我相信這會(huì)吸引很多Python用戶(hù)/開(kāi)發(fā)人員。

就我個(gè)人而言，我是Python的忠實(shí)擁護(hù)者，也是靜態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言的忠實(shí)擁護(hù)者，因此對(duì)我而言，在某些情況下，性能的提高將足以彌補(bǔ)所增加的冗長(zhǎng)性。

然后，通過(guò)撰寫(xiě)本文，我意識(shí)到：Go呢?

我敢肯定，你們中的許多人在閱讀時(shí)都在考慮這一點(diǎn)，這是有道理的。 盡管Nim的語(yǔ)法可能更接近于Python，但它確實(shí)在Go語(yǔ)言主導(dǎo)的高性能但比C ++語(yǔ)言更激烈的競(jìng)爭(zhēng)中。

有趣的事實(shí)：我還偷偷地用Go進(jìn)行了速度測(cè)試。 特別是對(duì)于fibonacci(40)，它的速度與C一樣快。

那么，Nim可以與Python競(jìng)爭(zhēng)嗎? 我對(duì)此表示高度懷疑。 正如我所指出的那樣，我們看到了計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越快，編程變得越來(lái)越容易的趨勢(shì)，以至于即使Nim提供了很好的權(quán)衡，我也認(rèn)為采用干凈而通用的Python還不夠。

編輯：我與Nim Core Devs的一位發(fā)言人交談，他告訴我他認(rèn)為Nim比從Python過(guò)渡的人更適合從C ++過(guò)渡的人。

但是，它可以與Go競(jìng)爭(zhēng)嗎? 也許(如果Google不落后于Go)。 語(yǔ)法友好，語(yǔ)言功能強(qiáng)大，并且比Go提供的功能(例如宏和重載)更好地支持C / C ++功能。

也許那是我接下來(lái)要寫(xiě)的文章。

謝謝閱讀!