機(jī)器人熱門編程語言及優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　機(jī)器人編程語言最早于20世紀(jì)70年代初期問世，到目前為止已有多種編程語言出現(xiàn)，在眾多機(jī)器人編程語言中究竟哪種編程語言最好呢?這個(gè)問題困擾了很多新手學(xué)者，但遺憾的是，這是一個(gè)沒有準(zhǔn)確答案的問題，你問不同的人會(huì)得到不同的答案，對(duì)于機(jī)器人學(xué)者來說建立“編程思維“才是最關(guān)鍵的，而不是用一種特定語言去衡量，在很多方面，學(xué)習(xí)哪種機(jī)器人編程語言并不是最重要的，重要的是通過編程思維來不斷提升自己的技能。

　　回到本文主題，我們將為大家介紹機(jī)器人研發(fā)中比較主流的5種機(jī)器人編程語言，并對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　一、Python——一種動(dòng)態(tài)的、面向?qū)ο蟮哪_本語言

　　在機(jī)器人研究領(lǐng)域，Python 占據(jù)了重要地位。其中一個(gè)原因很可能是 Python(和C ++)是ROS中的兩種主要編程語言。像JAVA一樣，它是一種解釋性語言。但也不同于JAVA，Python 語言主要集中在可用性上。

　　Python優(yōu)點(diǎn)：

　　1.更易入門

　　Python程序簡單易懂，初學(xué)者學(xué)Python更易入門且深入下去可編寫非常復(fù)雜的程序，且開發(fā)效率高，有非常強(qiáng)大的第三方庫。

　　2.高級(jí)語言

　　當(dāng)你用Python語言編寫程序的時(shí)候，你無需考慮諸如如何管理你的程序使用的內(nèi)存一類的底層細(xì)節(jié)

　　3.可移植性

　　由于它的開源本質(zhì)，Python已經(jīng)被移植在許多平臺(tái)上(經(jīng)過改動(dòng)使它能夠工 作在不同平臺(tái)上)。如果你小心地避免使用依賴于系統(tǒng)的特性，那么所有Python程序無需修改就幾乎可以在市場(chǎng)上所有的系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行

　　4.可擴(kuò)展性

　　如果需要一段關(guān)鍵代碼運(yùn)行得更快或者希望某些算法不公開，就可將部分程序用C或C++編寫，然后在你的Python程序中使用它們。

　　Python缺點(diǎn)：

　　1.運(yùn)行速度慢

　　Python的運(yùn)行速度相比C語言確實(shí)慢很多，跟JAVA相比也要慢一些。

　　2.線程不能利用多CPU問題

　　這是Python被人詬病最多的一個(gè)缺點(diǎn)。

　　二、C /C ++——大多數(shù)中國程序員的第一個(gè)語言

　　C++語言是從C語言發(fā)展過來的，是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，它繼承了C語言的優(yōu)勢(shì)。很多人都認(rèn)為 C 和 C ++ 對(duì)機(jī)器人科學(xué)家來說是一個(gè)很好的開端。因?yàn)榇蟛糠值挠布焓褂眠@些語言，允許實(shí)時(shí)性能，是非常成熟的編程語言。

　　C /C ++優(yōu)點(diǎn)：

　　1.跨平臺(tái)性好

　　C/C++可以潛入任何現(xiàn)代處理器中，幾乎所有的操作系統(tǒng)都支持，跨平臺(tái)性非常好。

　　2.運(yùn)行效率高

　　C語言體型小巧，簡潔高效并且接近匯編語言，C++功能在C的基礎(chǔ)上增加面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，代碼可讀性好，運(yùn)行效率高。

　　3.語言簡潔，編寫風(fēng)格自由

　　兼有高級(jí)語言與匯編語言的優(yōu)點(diǎn)，語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，能訪問內(nèi)存地址和位操作等硬件底層操作，生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。

　　C/C++缺點(diǎn)：

　　1.無垃圾回收機(jī)制

　　相對(duì)于JAVA來說，沒有垃圾回收機(jī)制，容易引發(fā)內(nèi)存泄露

　　2.學(xué)習(xí)較困難

　　從應(yīng)用的角度，C語言比其他高級(jí)語言較難掌握。也就是說，對(duì)用C語言的人，要求對(duì)程序設(shè)計(jì)更熟練一些。

　　3.數(shù)據(jù)安全性上有缺陷

　　C語言的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點(diǎn)使得C在數(shù)據(jù)的安全性上有很大缺陷，這也是C和C++的一大區(qū)別。

　　三、JAVA——世界上使用范圍最廣的語言

　　JAVA語法規(guī)則和C++類似，從某種意義上來說，JAVA是由C和C++語言轉(zhuǎn)變而來的。像C#和MATLAB一樣，JAVA是一種解釋性語言，這意味著它不會(huì)被合并到機(jī)器語言代碼中。相反，JAVA虛擬機(jī)在運(yùn)行時(shí)解釋指令。理論上來說，基于JAVA虛擬機(jī)，使用JAVA可以在不同機(jī)器上使用類似的代碼。但實(shí)際上，這并不普遍使用，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致代碼運(yùn)行緩慢，但是JAVA編程語言在機(jī)器人研究中非常流行。

　　JAVA優(yōu)點(diǎn)：

　　1.更易學(xué)習(xí)

　　由于JAVA語言與C語言和C++語言比較接近，使大多數(shù)程序員學(xué)起來更簡單。

　　2.支持動(dòng)態(tài)綁定

　　JAVA語言全面支持動(dòng)態(tài)綁定，而C++語言只對(duì)虛函數(shù)使用動(dòng)態(tài)綁定。

　　3.支持Internet應(yīng)用開發(fā)

　　JAVA語言支持Internet應(yīng)用的開發(fā)，在基本的JAVA應(yīng)用編程接口中有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程接口(JAVA.net)，它提供了用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程的類庫，包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。

　　4.更安全

　　JAVA語言提供了一個(gè)安全機(jī)制以防止惡意代碼的共計(jì)，相對(duì)來說更安全。

　　5.具有可移植性

　　JAVA語言是可移植的，這種可移植性來源于體系結(jié)構(gòu)中立性，另外，JAVA還嚴(yán)格規(guī)定了各個(gè)基本數(shù)據(jù)類型的長度。

　　JAVA缺點(diǎn)：

　　1.運(yùn)行需要安裝JAVA虛擬機(jī)

　　JAVA語言最大的缺點(diǎn)就是運(yùn)行JAVA程序需要裝JAVA虛擬機(jī)，就這一條嚴(yán)重的影響了JAVA應(yīng)用程序的使用，基本看不到JAVA的應(yīng)用程序。

　　2.運(yùn)行成本較高

　　另外JAVA程序的運(yùn)行成本比較高，過去機(jī)器配置不夠高的時(shí)候，JAVA顯得很慢現(xiàn)在隨著JAVA本身的版本升級(jí)和電腦性能的強(qiáng)化這條基本已經(jīng)不是問題了。

　　四、C#/.NET——微軟提供的一種限制性編程語言

　　C#/ .NET很大程度上是為微軟機(jī)器人工程師工作室提供的，微軟機(jī)器人工程師工作室將其作為基本語言。如果使用這個(gè)框架，就必須學(xué)習(xí) C#。

　　C#/.NET優(yōu)點(diǎn)：

　　1.強(qiáng)大的.Net Framework托管代碼集合類

　　，封裝了大多數(shù)windows上使用的技術(shù)組件類， 文件系統(tǒng)，UI界面，數(shù)據(jù)源訪問，網(wǎng)絡(luò)訪問，COM互操作(圖形圖像多媒體，WPF圖形系統(tǒng))，沒有的可以通過.net的平臺(tái)調(diào)用win API函數(shù)來得到。

　　2.較簡單的語言特性

　　自動(dòng)內(nèi)存管理， 單繼承，支持事件、委托、屬性、Linq等一系列讓業(yè)務(wù)開發(fā)更簡單的功能。

　　3.Web應(yīng)用程序開發(fā)速度快

　　Web應(yīng)用程序開發(fā)速度快(.net框架的支持，控件可以拖拉(UI方便編輯和定位)，添加事件(跳轉(zhuǎn)到控制邏輯層)，ADO.net數(shù)據(jù)源訪問， xml 網(wǎng)絡(luò)類庫， windows服務(wù))。

　　4.和語言平臺(tái)無關(guān)的編譯機(jī)制及較快的運(yùn)行速度

　　和語言平臺(tái)無關(guān)的編譯機(jī)制，及較快的運(yùn)行速度(ms不推薦， mono的 Xamarin， Unity還不錯(cuò))：編譯成IL中間語言，CLR公共語言運(yùn)行庫托管代碼，CLR根據(jù)運(yùn)行時(shí)程序需要將IL中間語言用JIT即時(shí)編譯方式編譯為內(nèi)部機(jī)器代碼，對(duì)編譯好的機(jī)器代碼緩存起來，提高了程序速度。

　　5.代碼安全性

　　window是基于角色的安全機(jī)制，.net提供了基于代碼的安全機(jī)制，由于中間語言提供了類型安全性，CLR在運(yùn)行前檢查代碼，確定是否有需要的安全權(quán)限，CLR沒有權(quán)限則不能執(zhí)行該代碼。

　　C#/.NET缺點(diǎn)：

　　1.底層和高性能不合適

　　不合適做時(shí)間性能很高(高速算法)或空間性能很靈活(內(nèi)存立即釋放)的程序，因?yàn)橹虚g語言和編譯過程，比C/C++Native類型的語言會(huì)慢一些，內(nèi)存自動(dòng)回收難以立即釋放不需要的內(nèi)存，不采用內(nèi)聯(lián)函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)(不建議)。

　　2.Windows平臺(tái)以外支持有限

　　mono不夠成熟好用，window以外Java，Python等是很強(qiáng)大和同樣優(yōu)秀的。

　　五、MATLAB——一種面向數(shù)值計(jì)算的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言

　　MATLAB和它的開源親戚(例如Octave)在一些機(jī)器人專家中非常有名，是他們負(fù)責(zé)調(diào)查數(shù)據(jù)和創(chuàng)建控制系統(tǒng)常用的語言。還有一個(gè)非常有名的MATLAB機(jī)器人工具箱。使用MATLAB單獨(dú)創(chuàng)建整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的人員。如需要分解數(shù)據(jù)，創(chuàng)建高級(jí)圖表或執(zhí)行控制系統(tǒng)，那就很可能需要學(xué)習(xí)MATLAB。

　　MATLAB優(yōu)點(diǎn)：

　　1.編程效率高

　　MATLAB語言為演算紙式科學(xué)算法語言，由于它編程簡單，所以編程效率高，易學(xué)易懂。

　　2.高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算

　　MATLAB語言像BASIC、C語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以毫無改變的照搬到數(shù)組建的運(yùn)算中。

　　MATLAB缺點(diǎn)：

　　1.循環(huán)運(yùn)算效率低。

　　MATLAB中所有的變量均為向量形式，這樣一方面在對(duì)向量進(jìn)行整體的計(jì)算時(shí)，表現(xiàn)出其他語言難以表現(xiàn)出的高效率，但是對(duì)于向量中的單個(gè)元素，或是將向量作為單個(gè)的循環(huán)變量來處理時(shí)，其處理過程相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。

　　2.封裝性不好。

　　一方面，所有的變量均保存在公共工作區(qū)中，任何語句都可以調(diào)用。另一方面，作為一個(gè)完備的軟件，而不是實(shí)現(xiàn)算法的程序，編程人員在使用MATLAB時(shí)需要花相當(dāng)多的時(shí)間考慮如何設(shè)計(jì)用戶界面。

　　本文為大家列舉了機(jī)器人編程比較熱門的5種語言，但這并不意味著需要全部掌握，對(duì)于開發(fā)者來說，發(fā)現(xiàn)一種對(duì)自身來說很自然的語言更為重要，且適合你的機(jī)器人硬件，使你能快速上手。在這里建議先學(xué)習(xí)Python，Python是一門相對(duì)簡單易懂的語言，有許多有效的庫可供學(xué)習(xí)，且功能非常強(qiáng)大。