为什么选择 OCaml？

为什么选择 OCaml？

编程语言很重要。它们会影响您编写的代码的可靠性、安全性、效率，以及代码的可读性、重构性和扩展性。您所了解的语言还可以改变您的思维方式，即使您不使用它们，也会影响您设计软件的方式。

OCaml 以一种独特的方式将强大功能与实用性相结合，使其成为构建复杂软件系统的理想选择。OCaml 的特别之处在于它在编程语言设计中占据了最佳位置。它结合了效率、表达性和实用性，这是其他任何语言都无法比拟的。这在很大程度上是因为 OCaml 优雅地结合了在过去 40 年中开发的语言特性。这些特性包括

  • 分代垃圾回收 用于自动内存管理。
  • 一等函数 可以像普通值一样传递，如 JavaScript、Common Lisp 和 C# 中所见。
  • 静态类型检查 提高性能并减少运行时错误的数量，如 Java 和 C# 中所见。
  • 参数多态性，它使构建跨不同数据类型的抽象成为可能，类似于 Java 和 C# 中的泛型以及 C++ 中的模板。
  • 良好支持不可变编程，即在不破坏性更新数据结构的情况下进行编程。这在传统的函数式语言（如 Scheme）中存在，也存在于 Hadoop 等分布式大数据框架中。
  • 类型推断，因此您无需注释每个函数参数、返回类型和变量。相反，类型是根据值的用法推断出来的。在 C# 中以隐式类型局部变量的形式有限制地提供，在 C++11 中以其 auto 关键字的形式提供。
  • 代数数据类型 和模式匹配 用于定义和操作复杂的数据结构，也在 Scala 和 F# 中提供。

将所有这些特性整合到一起并在单一语言中交互，这具有变革意义。尽管这些理念非常重要，但它们在主流语言中仅取得了有限的进展，并且当它们出现在主流语言中时，例如 C# 中的一等函数或 Java 中的参数多态性，通常都是以有限且笨拙的形式出现。唯一完全体现这些理念的语言是静态类型函数式编程语言，如 OCaml、F#、Haskell、Scala、Rust 和 Standard ML。

在这组优秀的语言中，OCaml 凭借其强大的功能和极高的实用性而脱颖而出。编译器采用简单的编译策略，生成高性能代码，无需复杂的优化，也无需动态即时 (JIT) 编译的复杂性。这与 OCaml 的严格求值模型一起，使运行时行为易于预测。垃圾回收器是增量的（允许您避免大型与 GC 相关的暂停）且精确的，这意味着它将收集所有未引用的数据（与许多引用计数收集器不同）。此外，运行时环境简单且高度可移植。

所有这些都使得 OCaml 成为程序员的绝佳选择，他们希望转向更好的编程语言，同时还能完成实际工作。

简史

OCaml 由 Xavier Leroy、Jérôme Vouillon、Damien Doligez 和 Didier Rémy 于 1996 年在法国的 INRIA 编写。它受到 ML 长期研究的启发，ML 研究始于 20 世纪 60 年代，并且继续与学术界有着深厚的联系。

ML 最初是 LCF（可计算函数逻辑）证明助手的一种元语言，由 Robin Milner 于 1972 年发布（在斯坦福大学，后来在剑桥大学）。为了便于在不同的机器上使用 LCF，ML 被改造成了一种编译器，并在 20 世纪 80 年代逐渐发展成为一个完整的系统。

Caml 的第一个实现出现在 1987 年。Ascánder Suárez 在 Gérard Huet 领导的 INRIA 的 Formel 项目中创建了它。后来，Pierre Weis 和 Michel Mauny 继续开发它。1990 年，Xavier Leroy 和 Damien Doligez 构建了一个名为 Caml Light 的新实现，他们基于一个字节码解释器和一个快速、顺序的垃圾回收器。在接下来的几年里，出现了许多有用的库，例如 Michel Mauny 的语法操作工具，这有助于促进 Caml 在教育和研究团队中的使用。

Xavier Leroy 继续为 Caml Light 添加新特性，最终在 1995 年发布了 Caml Special Light。通过添加一个快速的原生代码编译器，它显着提高了可执行文件的效率，使 Caml 的性能与 C++ 等主流语言相媲美。受 Standard ML 启发的模块系统还提供了强大的抽象功能，使构建更大规模的程序变得更容易。

现代的 OCaml 诞生于 1996 年，当时 Didier Rémy 和 Jérôme Vouillon 实现了一个强大而优雅的对象系统。这个对象系统以静态类型安全的方式支持许多常见的面向对象习惯用法，而同样的习惯用法在 C++ 或 Java 等语言中需要运行时检查。2000 年，Jacques Garrigue 为 OCaml 添加了几个新特性，例如多态方法和变体，以及带标签和可选的参数。

在过去的二十年中，OCaml 吸引了大量的用户群，并且语言改进一直在不断添加，以支持不断增长的商业和学术代码库。到 2012 年，OCaml 4.0 版本添加了广义代数数据类型 (GADTs) 和一等模块，以提高语言的灵活性。从那时起，OCaml 每年都会发布稳定版本，并且支持多核的 OCaml 5.0 于 2022 年 12 月发布。它还为最新的 CPU 架构（如 x86_64、ARM、RISC-V 和 PowerPC）提供了快速、原生的代码支持，使 OCaml 成为系统资源使用、可预测性和性能都很重要的良好选择。

其他特性

  • 独立应用程序的单独编译：可移植的字节码编译器使得可以从 OCaml 程序创建独立的应用程序。例如，OCaml 代码可以在必要时通过外部函数接口与 C 代码交互，这使得它可以被商业应用于证明空中客车 A340 系列飞机的安全关键软件中不存在运行时错误。
  • 复杂的模块系统：您可以将 OCaml 视为分为两部分：核心语言，关注值和类型；以及模块语言，关注模块和模块签名。OCaml 包含一个功能极其强大的模块系统。例如，它允许您将一个模块参数化到另一个模块上。这使得能够在大型软件中简洁而安全地构建抽象层。
  • 面向对象编程：OCaml 允许以面向对象的方式编写程序。为了保持语言的理念，面向对象层遵循“强类型”范式，这使得向无法响应它的对象发送消息成为不可能。这种安全性不会以表达性为代价，并且由于多重继承和参数化类等特性，一些最复杂的设计模式可以用自然的方式表达。
  • 调试工具：有几种不同的方法可用于调试 OCaml 程序。交互式 REPL 提供了一种基本但快速简单的测试函数的方法。对于更复杂的情况，交互式系统提供了一种廉价的“跟踪”计算的方法。最后，OCaml 有一个非常强大的工具来跟踪程序的执行，称为ocamldebug，它是一个符号（即源代码级别）回放调试器。它使用户能够随时停止程序以检查变量的值和调用函数的堆栈。它甚至允许回溯到过去，并在感兴趣的特定点恢复执行。
  • 高效编译器，高效编译代码：OCaml 提供两个批处理编译器：字节码编译器和原生代码编译器。字节码编译器可以快速生成小型、可移植的可执行文件。原生代码编译器速度较慢，但它生成更高效的机器代码，其性能符合现代编译器的最高标准。
  • 可移植性：OCaml 可以在各种平台上运行。既有官方支持的平台，也有社区支持的平台。例如，Apple App Store 上有 OCaml 应用程序，并且可以使用 Js_of_ocaml 将 OCaml 编译为 JavaScript，从而创建丰富的客户端应用程序。OCaml-Wasm 还支持将 OCaml 直接编译为 WebAssembly 字节码。

（此页面改编自Real World OCaml的“为什么选择 OCaml”部分）