物联网世界的普通话,编程语言一览

简介:

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物联网开发项目正在全球范围内如火如荼的地进行。新型的硬件平台的出现能够让工程师们能够以前所未有的便捷在物联网应用中构建嵌入式系统。然而硬件平台选定,接下来的开发选择也让我们应接不暇,也更具挑战。

 

首先和iot101君来一同来看一下常见的物联网编程语言有哪些?

 

1、C

C语言最早是用来为电话交换机编程的,所以其作为嵌入式开发的合理选项也是一件很自然的事情。C语言可以被看作是软件开发世界的一门通用语言:基本上其可用于几乎所有的嵌入式系统平台;虽然仍有少部分平台不支持C语言,但C语言仍然是其专用语言软件工具包的开发的基础。

通常情况下,一个专业的程序员对C语言都有很好的了解,就算目前他们并没有这样做,但如果其在职业生涯中学习一些C语言,对其职业的未来也是大有回报的。今天看来,C语言确实是有一点落后了:它是一门面向过程而非面向对象的开发语言,不附带内置图形用户界面,而且语言需要经过编译、而不是解释。尽管如此,C语言仍然是物联网开发的重要候选项之一。

 

2、C++
在1980年代,当程序开发开始向“面向对象”转变时,面向过程的开发语言Fortran、Cobol和C看起来似乎就要销声匿迹了。后来,Fortran和Cobol语言真的进入了博物馆,而C语言则在Bjarne Stroustrup的帮助下获得了一个面向对象的预处理器——这个预处理器后来被称为C++。
C++保留了C的基本性质,还额外增加了数据抽象、类和对象。所有的这些特性使得C++成为编写基于Linux的嵌入式和物联网代码的热门选择。这门编程语言的使用寿命已经超过了30年,而且至今还依然很强大。
 
3、Java
C和C++都更接近底层设计,所以其允许对其运行的硬件进行非常直接的控制。当你在需要对硬件进行非常精细的监测和控制时,他们都是很好的选择,但这也意味着所写出的代码专用化程度很高,也就是说代码的移植性比较差。
Java是一种面向对象的开发语言,其拥有非常良好的移植性:编译器中的硬件依赖型性非常少!为了实现对特定硬件部分的精细控制,Java依赖于各种硬件支持库。
从经济角度上看,Java是一门非常强大的语言:对Java代码的一次投入可以在多个不同的平台收货果实。而且在全球许多不同的大学中,Java也是作为计算机科学和电子工程的主要编程教学语言之一,所以懂得Java的人才也比较多。但是首先你要确定你选择的平台支持Java,因为通常性能越低的平台对Java的支持也越低;而且还要确保你有合适的硬件支持库。
 
4、JavaScript
人们很容易就将JavaScript是为了Java的变种,但这是错误的。这两种编程语言确实在一些地方有共同之处(比如两者之间有一些库是可以共用的),但这两种语言是分别开发出来的,并没有语法和语义的共享。
JavaScript,顾名思义,是一种脚本语言。这种脚本语言被广泛地应用在网页前端应用的构建上。比如,如果你想在树莓派上面使用Apache服务器来收集基于Arduino的传感器网络数据,JavaScript就能为你提供很大的帮助。
JavaScript最先出现在Netscape上,而现在它已经成长为一门功能齐全的语言。尽管如此,你却不能使用其来为你的轻量级嵌入式控制器进行开发,因为其解释性的结构意味着需要为之付出额外的代价;换句话说,你至少需要在树莓派等级的设备上使用这门语言。
 
5、Python
一门在节假日开发的、以一个戏剧剧团命名的语言似乎看起来不应该成为严肃的开发应用的候选者。然而,Python已经成为了网页开发中的“go-to”开发语言之一,而其应用领域也已经扩展到了嵌入式控制和物联网领域。Python在很多方面都非常灵活。比如,其实一种解释性的语言,可以被提交给运行时编译器或者通过多个预编译器中一个运行,这样可以使得紧凑的可执行代码进行分布式的处理。
Python对编程团队来说非常优秀的原因是其对代码可读性的强调。该语言的设计规范强调了可读性和紧凑的、优雅的语法的重要性。任何从事过优化别人的C语言代码工作的人都会对优良的可读性心存感激。
在众多的语言中,Python成为嵌入式开发语言的可能取决于嵌入式平台是否有足够的功率。对于任何需要收集数据的应用而言,都需要以某种数据库格式将其所收集到信息转变为控制信息,Python则是一个有力的竞争者。
 
6、Go
首先要说明的是Go语言和Go!语言并不一样。这是两种十分不同的语言,其使用的目的也十分不同。Go语言是由谷歌领衔推出的一款程序开发语言,可广泛地应用在多种处理器和平台上。尽管其和许多编程语言一样,Go也在C中吸取了很多灵感,但Go在很多方面有C无法媲美的优点。
Go增加了一个明确的哈希表的类型,这种类型对于从传感器收集数据和发送数据到传感器和执行器都非常有用。对传感器和设备网络的进一步支持是Go语言的关键之一,尽管其引入了一些风险。
Go支持多个信道上并发的输入、输出和处理。如果得到正确的使用,将使得整个传感器和执行器系统完全协调地运作。但其风险是不同线程之间不一定知道彼此。如果程序员不小心,因为其中缺乏了协调,系统可能会以某个完全无法预料的方式运行。
 
7、Rust
Rust是Mozilla开发的注重安全、性能和并发性的编程语言。创建这个新语言的目的是为了解决一个很顽疾的问题:软件的演进速度大大低于硬件的演进,软件在语言级别上无法真正利用多核计算带来的性能提升。
正如Mozilla的其它软件一样,Rust也是一个开源的项目,而且现在这门语言也正在飞速的进化着。Rust具有很多和Go类似的性质,而且其还解决了Go语言的一个主要的大问题。
因为Go语言并不自动在不同的“信道”数据结构之间共享信息,程序可能会出现资源竞争(race condition)的状况,这是多线程编程中比较头疼的问题。因为不同的进程同时访问相同的共享数据而造成数据的不一致性会最终导致系统失控。Rust包括了消除资源竞争的功能,使得其在高度并行的程序方案中比Go语言的风险更低。
这门语言还需要一些发展的动力,但如果你的团队需要打造一款需要并法计算的应用程序,你应该在Rust和Go之间做出合适的选择,到底哪一个更适合你。
 
8、Parasail
如果你在你的物联网应用中需要考虑并行处理的要求,Parasail就是你所需要的语言。在Go和Rust语言中,我们已经提到了并发。但如果你还不知道并行和并发之间区别(并行是指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。并发是指在同一时刻,只能有一条指令执行,但多个进程指令被快速轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果。)所以不要着急你确定你所需要的编程语言,先对它们有足够的了解才是万全之策。
Parasail是一种编译性的、面向对象的语言,其已经得到了改进,所以这款语言可以通过使用Java、Python、C#甚至Ada的语法进行编程。另外帮我一个忙。如果你正在进行一个物联网项目,而且你认为Ada是可以用于物联网设备的开发的,不妨留下评论。Parasail的并行处理能力非常好,如果你真的需要并行计算,这是不可错过的。
 
9、B#
前面提到的所有语言都是大型的开发语言,在应用到嵌入式平台时都需要经过适当的精简,而B#则一开始就是作为一种小型的高效的嵌入式控制语言而设计的。嵌入式虚拟机(EVM)允许B#运行在不同的平台上,所需的内存仅为24K,比其它开发语言所需要的内存要小得多。
B#看起来有一点类似于C#,但其并不包含许多C#中对嵌入式项目没有价值的特性,同时还增加了对实时控制的支持。
 
10、汇编语言
如果你真的对老古董感兴趣,或是你的项目对紧凑度的要求非常非常高,那么汇编语言将是你的不二选择(在这里请不要说机器语言,那不是人能够读懂的,好吗?!)。汇编语言是一种用来封装和得到纯净的机器码的方式,而机器码就是处理器最终执行的代码。汇编代码的编辑不需要太大的开销,而且相关专家还可以用汇编代码来实现其它更高级的语言所不能实现的功能。
然而坏消息是汇编编程没有真正可用的工具来阻止你犯愚蠢的错误。而且更糟糕的是汇编代码的移植性非常差,甚至你为一款处理器而学习的汇编技巧也无法应用到另一款处理器上。
对于骨灰级的程序员和产品的最终发行版优化时,汇编可以为你提供很大的帮助,因为这时候你并不再需要考虑代码的移植性了。但对于原型机开发而言,这显然不是一种有效的开发方式;毕竟这个时代,你完全可以采用更加高级的开发语言了。
 
11、Forth
Forth是另一款被优化来为嵌入式系统开发服务的语言。尽管其通常被用于系统层级的程序开发,但有一点却不能不提:这款语言就像是一个宗教。你知道一些世界语(Esperanto)者会在机场用你完全不能理解的语言和你交谈吗?Forth就是程序开发世界的Esperanto。
Forth是一种面向堆栈的语言,如果你有一个古老的惠普计算器(具备RPN(逆波兰表达式)运算功能,那么你就能在你的计算器上面发现Forth。这款语言自1970年代诞生以来一直都有人使用,但只有在正确地使用者手里才能发挥出其高产高效的本事,但对于其他人来说,由这门语言所设计的代码简直是无法使用甚至不能阅读的。

 

什么样的编程语言才最适合物联网?

 

从行业人士的角度来说,在物联网设备和系统出现之前,C、C++和java是通用项目最受欢迎的选择。其中C 语言是最早的编程语言之一,在低级的项目中尤受欢迎,而C++是C语言能力的扩展。C#是另一种编程语言——微软自己的高级编程语言版本,但是没有特别多的人在用它。这三个“C”之间的区别在这里可以获得很好的解释。

 

C语言对于物联网设备是最有用的,因为它不需要大量的处理能力。而如果物联网需要处理更复杂的任务,比如带有温控器的智能烤箱,不仅仅是监测水分和热度,那么C++则是另一种可以替代的编程语言。Java是另外一种通用语言,对于那些要求大量的接口和计算的物联网设备是非常有用的。它比C++更加易编、轻量化、更常用。

 

其他编程语言则更加具体

 

如果你不想用C语言,还有一些其他可能适合你的低级的语言。B#就是其中之一,一种很基础的语言,适合低功率的设备。它类似于C#,但增加了实时控制支持。

 

Swift,苹果于2014年WWDC(苹果开发者大会)发布的新开发语言,可与Objective-C*共同运行于Mac OS和iOS平台,用于搭建基于苹果平台的应用程序。

 

Hack是由Facebook开发的,同时结合了动态类型语言(如C语言)和静态类型语言(如PHP语言)两种特点的一种编程语言。通常在使用静态类型语言编程时,开发者会在程序被运行前就知道错误发生的位置。而在更为当前的编程环境里,动态类型语言会一直运行到直至程序出错崩溃。

 

现在,物联网开发者在冒险进入新的细分之前,应该接受我们已经用了几十年的编程语言。








原文出处:物联网智库
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