為何選擇 OCaml？

為何選擇 OCaml？

程式語言至關重要。它們會影響你所撰寫程式碼的可靠性、安全性與效率，以及程式碼的可讀性、重構和擴充的難易度。你所熟悉的語言也會改變你的思維方式，即使你沒有使用它們，也會影響你設計軟體的方式。

OCaml 以兼具強大功能與務實的方式，使其成為建構複雜軟體系統的理想選擇。 OCaml 之所以特別，在於它在程式語言設計中佔據了一個恰到好處的甜蜜點。它提供了效率、表達能力和實用性的組合，這是其他任何語言都無法比擬的。這很大程度上是因為 OCaml 是過去 40 年開發的語言功能的優雅組合。其中包括：

  • 分代垃圾回收，用於自動記憶體管理。
  • 頭等函數，可以像普通值一樣傳遞，如 JavaScript、Common Lisp 和 C# 中所示。
  • 靜態類型檢查，以提高效能並減少執行時錯誤的數量，如 Java 和 C# 中所見。
  • 參數多型，可建構跨不同資料類型運作的抽象，類似於 Java 和 C# 中的泛型，以及 C++ 中的模板。
  • 良好支援不可變程式設計，也就是說，程式設計時不會對資料結構進行破壞性更新。這在 Scheme 等傳統函數式語言中很常見，在 Hadoop 等分散式大數據框架中也可以找到。
  • 類型推論，因此您無需註解每個函數參數、傳回類型和變數。相反地，類型是根據值的用法來推斷的。在 C# 中以隱式類型局部變數的形式，以及在 C++11 中以 auto 關鍵字的形式，可有限度地使用。
  • 代數資料類型和模式比對，用於定義和操作複雜的資料結構，這在 Scala 和 F# 中也可以使用。

能夠將所有這些功能結合在一起，並在單一語言中相互作用，這具有變革性的意義。儘管這些想法很重要，但它們在主流語言中的應用卻很有限，而且當它們出現時，例如 C# 中的頭等函數或 Java 中的參數多型，通常形式有限且彆扭。唯一完全體現這些想法的語言是靜態類型函數式程式語言，如 OCaml、F#、Haskell、Scala、Rust 和 Standard ML。

在這些有價值的語言中，OCaml 之所以脫穎而出，是因為它在保持高度務實的同時，設法提供了大量的功能。編譯器具有簡單的編譯策略，可產生高效能的程式碼，而無需進行繁重的最佳化，也無需動態即時 (JIT) 編譯的複雜性。此外，OCaml 嚴格的評估模型使得執行時行為易於預測。垃圾回收器是增量的 (可避免與 GC 相關的大型暫停) 和精確的，這意味著它會收集所有未參照的資料 (與許多參照計數回收器不同)。此外，執行時很簡單且高度可攜。

所有這一切都使 OCaml 成為想要升級到更好程式語言，同時又想完成實際工作的程式設計師的絕佳選擇。

簡史

OCaml 由 Xavier Leroy、Jérôme Vouillon、Damien Doligez 和 Didier Rémy 於 1996 年在法國的 INRIA 編寫。它的靈感來自對 ML 的長期研究，從 1960 年代開始，並且仍然與學術界保持著深厚的聯繫。

ML 最初是 LCF (可計算函數邏輯) 證明助理的中繼語言，由 Robin Milner 於 1972 年發布 (在史丹佛，後來在劍橋)。 ML 被改造成編譯器，以便更容易在不同的機器上使用 LCF，並且在 1980 年代逐漸轉變為一個完整的獨立系統。

Caml 的第一個實作於 1987 年出現。Ascánder Suárez 將其建立為 INRIA Formel 專案的一部分，由 Gérard Huet 領導。後來，Pierre Weis 和 Michel Mauny 繼續開發它。 1990 年，Xavier Leroy 和 Damien Doligez 建立了一個名為 Caml Light 的新實作，他們基於具有快速循序垃圾回收器的位元組碼直譯器。在接下來的幾年裡，出現了有用的函式庫，例如 Michel Mauny 的語法操作工具，這有助於推廣 Caml 在教育和研究團隊中的使用。

Xavier Leroy 繼續使用新功能擴展 Caml Light，這促成了 1995 年 Caml Special Light 的發布。它透過新增快速原生程式碼編譯器，顯著提高了執行效率，使得 Caml 的效能可與 C++ 等主流語言相媲美。受 Standard ML 啟發的模組系統也為抽象提供了強大的設施，並使較大型程式更容易建構。

現代 OCaml 出現於 1996 年，當時 Didier Rémy 和 Jérôme Vouillon 實作了一個強大而優雅的物件系統。這個物件系統以靜態類型安全的方式支援許多常見的物件導向慣用語而著稱，而相同的慣用語在 C++ 或 Java 等語言中需要執行時檢查。 2000 年，Jacques Garrigue 使用多型方法和變體以及標籤和選用參數等幾種新功能擴展了 OCaml。

在過去的二十年中，OCaml 吸引了大量的使用者，並且語言改進一直在穩步增加，以支援日益增長的商業和學術程式碼庫。到 2012 年，OCaml 4.0 版本加入了廣義代數資料類型 (GADTs) 和頭等模組，以提高語言的彈性。從那時起，OCaml 一直保持穩定的年度發布節奏，而支援多核心的 OCaml 5.0 已於 2022 年 12 月發布。它還支援最新的 CPU 架構 (例如 x86_64、ARM、RISC-V 和 PowerPC) 的快速原生程式碼，這使得 OCaml 成為資源使用、可預測性和效能都很重要的系統的理想選擇。

其他功能

  • 獨立應用程式的個別編譯： 可攜式位元組碼編譯器可以使用 OCaml 程式建立獨立應用程式。例如，OCaml 程式碼可以在必要時透過外部函數介面與 C 程式碼互動，這使得它可以在商業上用於證明空中巴士 A340 系列的安全關鍵軟體中不存在執行時錯誤。
  • 完善的模組系統： 您可以將 OCaml 視為分為兩部分：一個核心語言，它關注值和類型，以及一個模組語言，它關注模組和模組簽章。 OCaml 包含一個非常強大的模組系統。例如，它允許您將一個模組參數化為另一個模組。這使得可以簡潔且安全地在大型軟體中建立抽象層。
  • 物件導向程式設計： OCaml 允許以物件導向風格編寫程式。為了與該語言的哲學保持一致，物件導向層遵守「強型別」範例，這使得不可能將訊息傳送給無法回應它的物件。這種安全性並非以表達能力為代價，並且由於多重繼承和參數化類別等功能，一些最複雜的設計模式可以用自然的方式表達。
  • 偵錯設施： 有幾種不同的方法可用於偵錯 OCaml 程式。互動式 REPL 提供了一種基本但快速而簡單的方法來測試函數。對於更複雜的情況，互動式系統提供了一種低成本的「追蹤」計算方法。最後，OCaml 有一個非常強大的工具，用於追蹤程式的執行，稱為 ocamldebug，它是一個符號 (即原始碼層級) 重播偵錯器。它允許使用者隨時停止程式以仔細檢查變數的值和呼叫函數的堆疊。它甚至允許您回到過去以繼續在特定感興趣點執行。
  • 高效能的編譯器，高效能的編譯程式碼： OCaml 提供兩種批次編譯器：一個位元組碼編譯器和一個原生程式碼編譯器。位元組碼編譯器可快速產生小的、可攜的可執行檔。原生程式碼編譯器速度較慢，但它會產生更有效率的機器程式碼，其效能符合現代編譯器的最高標準。
  • 可攜性： OCaml 可在各種平台上執行。既有官方支援的平台，也有社群支援的平台。例如，Apple App Store 上提供 OCaml 應用程式，並且可以使用 Js_of_ocaml 將 OCaml 編譯為 JavaScript，這使得可以建立豐富的用戶端應用程式。 OCaml-Wasm 也支援將 OCaml 直接編譯為 WebAssembly 位元組碼。

(本頁面改編自Real World OCaml 的 「為何選擇 OCaml」章節)