Python PK C++，究竟誰(shuí)更勝一籌？

2020-02-07 15:21 作者：donggang 瀏覽量：

 
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Python PK C++，究竟誰(shuí)更勝一籌？

        在編程生涯的早期階段，我參與過(guò)一款C++數(shù)學(xué)優(yōu)化應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，這個(gè)程序?qū)π阅艿囊蠛芨摺Ｖ两裎乙廊挥浀媚嵌纹D難的經(jīng)歷。

        在那個(gè)項(xiàng)目中，我遇到了一些概念，比如指針、并發(fā)和垃圾回收，剛開(kāi)始的時(shí)候這些概念非常難以理解。

        然而，如果你問(wèn)我對(duì)C++的看法，那么我會(huì)很高興地向想要構(gòu)建實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的人推薦C++。

C++是一門非常強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。

        最近，我一直在從事有關(guān)機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)科學(xué)解決方案的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)工作。我選擇的語(yǔ)言是Python。我承認(rèn)也很欣賞這種語(yǔ)言的簡(jiǎn)單性和強(qiáng)大性。有些程序員認(rèn)為Python是一種原型編程語(yǔ)言，當(dāng)然他們有自己的正當(dāng)理由。但是，我會(huì)毫不猶豫地向想要構(gòu)建數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序的人推薦Python。

        Python是對(duì)開(kāi)發(fā)人員非常友好的編程語(yǔ)言。

        C++和Python都是非常流行的編程語(yǔ)言。本文將重點(diǎn)介紹兩種語(yǔ)言之間的相似點(diǎn)和差異性，以便我們理解何時(shí)使用哪種語(yǔ)言。

        這兩種語(yǔ)言有很多差異和相似之處，但本文只介紹我們必須了解的關(guān)鍵性功能。

        首先，兩種編程語(yǔ)言有很多相似之處，所以學(xué)習(xí)起來(lái)也不難。

Python是解釋型語(yǔ)言，而C++不是
 
        C++的工作方式是，首先將寫好的代碼保存到擴(kuò)展名為.cpp的文件中。

        然后編譯.cpp文件。編譯器將C++代碼轉(zhuǎn)換為原生代碼。然后執(zhí)行這些機(jī)器代碼。因此，C++非常靠近硬件。

        所以，C++的速度非常快，非常適合實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。關(guān)鍵在于C++應(yīng)用是“原生”應(yīng)用，這表明編譯器是依賴操作系統(tǒng)和處理器的組件。

        編譯器依賴機(jī)器，因此C++也依賴機(jī)器。 

       但是，這意味著代碼只能在與編譯代碼的編譯器相兼容的操作系統(tǒng)（和處理器）上運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)：

        如果在Windows機(jī)器上用Windows編譯器來(lái)編譯代碼，則會(huì)生成Windows機(jī)器代碼。

        如果使用Linux編譯器來(lái)編譯cpp代碼，則編譯后的代碼只能在Linux機(jī)器上運(yùn)行。

        有時(shí)，有些C++模塊/軟件包并不能與所有操作系統(tǒng)兼容。

        另一方面，Python是一種解釋語(yǔ)言。Python的工作方式是，首先在安裝Python軟件包的位置創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)。

        然后將寫好的python代碼保存到.py文件中。

        然后再通過(guò)CPython，將Python代碼編譯為Python虛擬機(jī)的字節(jié)碼。

        那么，這個(gè)Python虛擬機(jī)就像C++一樣是依賴于機(jī)器的，但是Python代碼卻不是。 

        當(dāng)你想執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，這些代碼就會(huì)在運(yùn)行時(shí)被解釋。因此Python不依賴于機(jī)器。

        Python字節(jié)碼依賴于Python虛擬機(jī)，而Python不依賴于機(jī)器。

        需要注意的一點(diǎn)是，我們可以在一個(gè)操作系統(tǒng)中編寫Python代碼，然后將其復(fù)制到另一個(gè)操作系統(tǒng)中，就可以運(yùn)行。但C++不行。我們必須在每個(gè)OS上編譯C++代碼。正是這個(gè)原因，與Python相比，C++的運(yùn)行速度非常快。

        由于Python是一種解釋型語(yǔ)言，因此它的運(yùn)行速度比C++慢。

編程約定、
首先，我們來(lái)看一看易用性。

         Python是一種高級(jí)語(yǔ)言，而C++是一種低級(jí)語(yǔ)言。Python具有可讀性、簡(jiǎn)單、直截了當(dāng)，而且學(xué)習(xí)起來(lái)很簡(jiǎn)單。
       
         這是一大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@意味著采用Python的開(kāi)發(fā)人員越來(lái)越多。而且這個(gè)特性還可以迅速地將Python應(yīng)用程序推向市場(chǎng)。

         由于易用性和大量的庫(kù)，Python成為了數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目的首選編程語(yǔ)言，而且在Web開(kāi)發(fā)中也越來(lái)越受歡迎。

         Python非常適合于測(cè)試新概念和想法。

         然而，有時(shí)也因?yàn)檫@個(gè)原因?qū)е鲁绦騿T將Python視為一種原型語(yǔ)言。但話又說(shuō)回來(lái)，這種觀點(diǎn)的理由也很充分。在實(shí)現(xiàn)Python時(shí)，我們始終應(yīng)該遵循最佳的軟件原理和實(shí)踐。
對(duì)于剛接觸編程領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，Python是一門偉大的語(yǔ)言。

         另一方面，C++起源于C語(yǔ)言。它是一種功能強(qiáng)大的語(yǔ)言，因此很復(fù)雜，因?yàn)樗梢詧?zhí)行很多低級(jí)任務(wù)。

         開(kāi)發(fā)人員需要遵守C++中大量的約定和規(guī)則。C++廣泛用于游戲開(kāi)發(fā)、后端服務(wù)器應(yīng)用程序以及分布式交易應(yīng)用程序，這些系統(tǒng)都要求快速執(zhí)行任務(wù)。此外，C++具有極強(qiáng)的可移植性。

下面，我們來(lái)談?wù)務(wù)Z法。

         1. Python編程十分依賴于空白和制表符（縮進(jìn)）。一切都是對(duì)象。所有類的屬性和方法都是公有的。在C++中我們可以利用訪問(wèn)修飾符隱藏類的屬性/方法，Python卻做不到。
我感覺(jué)剛開(kāi)始的時(shí)候很難適應(yīng)Python的縮進(jìn)和格式。

         2. 我想，大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員都知道Python中沒(méi)有分號(hào)或大括號(hào)。你可以編寫整潔的列表推導(dǎo)。Python中的布爾表達(dá)式也沒(méi)有括號(hào)。另一方面，C++非常依賴于括號(hào)和分號(hào)。適應(yīng)C++的語(yǔ)法需要一定的時(shí)間。

         3. C++是一種強(qiáng)類型語(yǔ)言，每個(gè)變量的類型需要預(yù)先聲明。而Python是動(dòng)態(tài)類型，我們不需要指出對(duì)象的類型。這種動(dòng)態(tài)特性常常會(huì)讓我們遇到意想不到的結(jié)果。Python程序員需要保證以正確的方式或在正確的上下文中使用對(duì)象，因此既有積極的一面，也有消極的一面。

         在執(zhí)行Python代碼時(shí)，我們會(huì)遇到運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。如果在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)中遇到類型錯(cuò)誤，就很尷尬了。

         值得一提的是，為了實(shí)現(xiàn)可以在運(yùn)行之前就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的Python解決方案，許多開(kāi)發(fā)人員花費(fèi)了大量時(shí)間和精力。

內(nèi)存管理和并發(fā) 

        在介紹管理內(nèi)存的方式之前，首先我們應(yīng)該注意，這兩種編程語(yǔ)言都支持面向?qū)ο蟮木幊毯屠^承。

        當(dāng)程序員在程序中創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，這些對(duì)象會(huì)占用內(nèi)存。當(dāng)不使用對(duì)象時(shí)，程序?qū)⑼ㄟ^(guò)垃圾回收清除掉這個(gè)垃圾。垃圾回收的方式工作是不確定的。作為Python程序員，我們無(wú)需擔(dān)心如何以及何時(shí)地清除內(nèi)存。Python會(huì)通過(guò)智能垃圾回收自動(dòng)為我們處理內(nèi)存。C++中沒(méi)有這樣的垃圾回收，你必須自己動(dòng)手管理內(nèi)存。

         C++中的內(nèi)存管理需要手動(dòng)完成。

         理由很充分。C++的設(shè)計(jì)主旨就是打造一種高性能的編程語(yǔ)言。負(fù)責(zé)管理內(nèi)存并從內(nèi)存中刪除不使用對(duì)象的垃圾回收會(huì)影響應(yīng)用程序的性能。

         最重要的是，垃圾回收在本質(zhì)上是不確定的。你無(wú)法保證對(duì)象刪除后是否仍在內(nèi)存中。

        Python是一種對(duì)開(kāi)發(fā)人員非常友好的編程語(yǔ)言，因?yàn)槲覀儾槐負(fù)?dān)心忘記釋放內(nèi)存。

并發(fā)
      對(duì)于受I/O或CPU約束的應(yīng)用程序，程序員常常喜歡在代碼中創(chuàng)建多個(gè)線程，并通過(guò)同時(shí)運(yùn)行這些線程加快計(jì)算的速度。

       不管我們的計(jì)算機(jī)中有多少個(gè)核心，Python只允許我們一次執(zhí)行一個(gè)線程。這是Python的全局解釋器造成的限制。這會(huì)給需要多個(gè)CPU的應(yīng)用程序造成問(wèn)題。

       但是，我們可以在Python中創(chuàng)建多個(gè)進(jìn)程。

       另一方面，C++允許我們實(shí)現(xiàn)多線程應(yīng)用程序。

C++有指針，但Python沒(méi)有

       談?wù)揅++，怎么能不提指針？

       Python中沒(méi)有指針，至少?zèng)]有開(kāi)箱即用的指針。但是，C++中有指針。

        首先，讓我們來(lái)解釋一下指針是什么。

        假設(shè)有一個(gè)變量。這個(gè)變量是一個(gè)整數(shù)，值設(shè)置為5。那么，變量與它的值是一個(gè)意思，比如x = 5，x是變量的名稱，值為5。

        在C++中，變量是通過(guò)值傳遞給函數(shù)的。

        那么問(wèn)題在于，這些值保存在哪里？

        變量的每個(gè)值都保存在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存地址中。你可以使用C++的運(yùn)算符&訪問(wèn)變量的內(nèi)存地址。指針是一個(gè)變量，指向了值所在的內(nèi)存地址。

        指針能夠提高程序的效率。 

        在標(biāo)識(shí)符之前使用運(yùn)算符*，就可以聲明一個(gè)指針。如下所示

   int* y = &x

      上述，我們創(chuàng)建了一個(gè)指針變量y，這個(gè)變量保存了變量x的內(nèi)存地址。

       假設(shè)你有一個(gè)函數(shù)接受變量作為輸入（參數(shù)）。這個(gè)值的變更意味著在函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建一個(gè)新變量。請(qǐng)記住，這在C++中會(huì)占用大量的內(nèi)存，變量是通過(guò)值傳遞給函數(shù)的。

       具體來(lái)說(shuō)，首先我們創(chuàng)建一個(gè)將傳入變量加100的函數(shù)。
 

    void add_hundred(int x) {     x += 100; }

 
        這段代碼接受一個(gè)變量x，然后將x加100。

        在函數(shù)內(nèi)部，任何有關(guān)這個(gè)值的修改都會(huì)針對(duì)一個(gè)新變量，而不是原來(lái)的變量。

調(diào)用上述代碼的主函數(shù)如下：
 

     int main(void) {     int x = 2337;     add_hundred(x);     return 0; }

 
        即使在執(zhí)行完函數(shù)之后，在函數(shù)外部，x的值仍然是2337。
那么，為什么我們需要指針？ 

        為了理解這一點(diǎn)，你必須明白值和引用類型之間的區(qū)別。值類型就好像每次都從物理上復(fù)制變量并賦給它一個(gè)新變量。值類型占用的空間更多，而且每個(gè)變量都有自己的內(nèi)存地址。 

        我們可以修改上述函數(shù)，讓它接受指針作為參數(shù)。這樣的修改可以減少程序占用的內(nèi)存量。而且還不會(huì)創(chuàng)建不必要的重復(fù)變量。

        如下函數(shù)可以直接修改變量的值。 
 

     void add_hundred(int *x) {     *x += 100; }int main(void) {     int x = 2337;     int *y = &x    add_hundred(y);     return 0; }

 
        下面，我們創(chuàng)建了一個(gè)指針y，并傳遞給一個(gè)函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)會(huì)將輸入?yún)?shù)x加100，即使位于函數(shù)外部的x值也會(huì)發(fā)生變化。也就是說(shuō)，在函數(shù)執(zhí)行完成后，x的值為2437。
 
我對(duì)指針的看法

        使用指針的原因之一在于，你可以在調(diào)用的函數(shù)中修改變量或?qū)ο蟆５牵医ㄗh盡量避免使用指針。

        在C++中，使用引用比使用指針更好，因?yàn)槟憧梢暂p松地修改調(diào)用的函數(shù)，而不會(huì)改變調(diào)用所表示的語(yǔ)義。 

        指針是一個(gè)復(fù)雜的主題，程序員會(huì)經(jīng)常因?yàn)槭褂弥羔樁斐蓛?nèi)存管理錯(cuò)誤。Python是適合初學(xué)者的編程語(yǔ)言，因此Python中沒(méi)有這種復(fù)雜的類型。

最終的建議
 
        我有什么建議？Python還是C++？

        這取決于你需要實(shí)現(xiàn)的解決方案。你是否需要跨平臺(tái)、高性能、機(jī)器學(xué)習(xí)的解決方案？

        如果條件允許的話，你可以同時(shí)使用兩者。 

        我強(qiáng)烈建議兩者你都應(yīng)該學(xué)習(xí)和使用，因?yàn)檫@可以拓寬你對(duì)編程語(yǔ)言的理解。

        如果你熟悉C++，那么毫不費(fèi)力就可以用Python編寫程序。

        如果你熟悉Python，那么應(yīng)該對(duì)大多數(shù)的編程概念都有很好的了解，C++可以幫助你進(jìn)一步理解內(nèi)存管理、并發(fā)和指針等，因此二者都應(yīng)該學(xué)習(xí)。

        另外，你還可以將Python和C++集成到一起，實(shí)現(xiàn)高級(jí)的實(shí)時(shí)分析解決方案。

總結(jié)
        C++和Python都是非常流行的語(yǔ)言，我非常推薦所有人都來(lái)學(xué)習(xí)這兩種語(yǔ)言。

        在本文中，我們重點(diǎn)介紹了這兩種語(yǔ)言之間的相似點(diǎn)和差異性，以便我們理解何時(shí)使用哪種語(yǔ)言。