Crystal Programming. Введение на основе проекта в создание эффективных, безопасных и читаемых веб-приложений и приложений CLI - Джордж Дитрих

yield. Эта идиома допускает всевозможные итерации и манипуляции с потоком управления и широко распространена среди разработчиков Ruby. Crystal также имеет замыкания, которые можно использовать, когда блоки не подходят друг другу.

• Сбор мусора: Объекты хранятся в куче, и их память автоматически освобождается, когда они больше не используются. Существуют также объекты, созданные из структуры, размещенной во фрейме стека текущего выполняемого метода, и они перестают существовать, как только метод завершается. Таким образом, программисту не приходится иметь дело с ручным управлением памятью.

• Метапрограммирование: Хотя Crystal не является динамическим языком, он часто может вести себя так, как если бы он им был, благодаря мощному метапрограммированию во время компиляции. Программист может использовать макросы и аннотации вместе с информацией обо всех существующих типах (статическое отражение) для генерации или мутирования кода. Это обеспечивает множество динамических идиом и паттернов.

• Одновременное (Concurrent) программирование: Программа Crystal может создавать новые волокна (легкие потоки) для выполнения блокирующего кода, координируясь с каналами. Асинхронное программирование становится простым в рассуждении и следовании. Эта модель была в значительной степени вдохновлена Go и другими параллельными языками, такими как Erlang.

• Кроссплатформенные: программы, созданные с помощью Crystal, могут работать на Linux, MacOS и FreeBSD, нацеливание x86 или ARM (как 32-битный, так и 64-битный). Это включает в себя новые кремниевые чипы от Apple. Поддержка Windows экспериментально, она еще не готова. Компилятор также может производить небольшие статические двоичные файлы на каждой платформе без зависимостей для простоты распространения.

• Безопасность времени выполнения: Crystal является безопасным языком – это означает, что нет неопределенного поведения и скрытых сбоев, таких как доступ к массиву за его пределами, доступ к свойствам по null или доступ к объектам после того, как они уже были освобождены. Вместо этого они становятся либо исключениями во время выполнения, ошибками во время компиляции, либо не могут произойти из-за защиты во время выполнения. У программиста есть возможность повысить безопасность, используя явно небезопасные функции языка, когда это необходимо.

• Программирование низкого уровня: хотя Crystal безопасен, всегда есть вариант использовать небезопасные функции. Такие вещи, как работа с необработанными указателями, обращение к нативным библиотекам C или даже использование сборки непосредственно, доступны для смелых. Во многих общих библиотеках C есть безопасные обертки, готовые к использованию, что позволяет им использовать свои функции из кристаллической программы.

На первый взгляд Crystal очень похож на Ruby, и многие синтаксические примитивы одинаковы. Но Crystal пошел своим путем, черпая вдохновение из многих других современных языков, таких как Go, Rust, Julia, Elixir, Erlang, C#, Swift и Python. В результате он сохраняет большую часть хороших частей красивого синтаксиса Ruby, в то же время внося изменения в основные аспекты, такие как метапрограммирование и параллелизм.

Программы Crystal также БЫСТРЫЕ

С самого начала Crystal создавался как быстрый. Он следует тем же принципам, что и другие быстрые языки, такие как C. Компилятор может анализировать исходный код, чтобы узнать точный тип каждой переменной и расположение памяти перед выполнением. Затем он может создать быстрый и оптимизированный собственный исполняемый файл без необходимости что-либо угадывать во время выполнения. Этот процесс широко известен как предварительная компиляция.

Компилятор Crystal построен на основе LLVM, той же инфраструктуры компилятора, которая используется в Rust, Clang и Apple Swift. В результате Crystal извлекает выгоду из того же уровня оптимизации, что и эти языки, что делает его хорошо подходящим для приложений с интенсивными вычислениями, таких как машинное обучение, обработка изображений или сжатие данных.

Но не все приложения привязаны к процессору. В большинстве случаев на карту поставлены другие ресурсы, такие как сетевые коммуникации или локальный диск. Все вместе они известны как ввод-вывод. Crystal имеет модель параллелизма, аналогичную горутинам Go или процессам Erlang, где несколько операций могут выполняться за циклом событий, не блокируя процесс и не делегируя слишком много работы операционной системе. Эта модель идеально подходит для таких приложений, как веб-службы или инструменты управления файлами.

Использование эффективного языка, такого как Crystal, поможет вам снизить затраты на оборудование и улучшить восприятие реакции пользователей. Кроме того, это означает, что вы можете запускать все меньше и меньше экземпляров вашего приложения для обработки того же объема обработки.

Давайте взглянем на простую реализацию алгоритма сортировки выбором, написанную на Crystal:

def selection_sort(arr)

  # Для каждого индекса элемента...

  arr.each_index do |i|

    # Найдите наименьший элемент после него

    min = (i...arr.size).min_by { |j| arr[j] }

    # Поменяйте местами позиции с наименьшим элементом

    arr[i], arr[min] = arr[min], arr[i]

  end

end

# Создайте перевернутый список из 30 тысяч элементов.

list = (1..30000).to_a.reverse

# Отсортируйте его, а затем распечатайте его голову и хвост select_sort(list)

p list[0...10]

p list[-10..-1]

В этом примере уже показаны некоторые интересные особенности Crystal:

• Прежде всего, он относительно небольшой. Основной алгоритм состоит всего из четырех строк.

• Это выразительно. Вы можете перебирать списки со специализированными блоками или использовать диапазоны.

• Не существует единого обозначения типа. Вместо этого компилятор выводит каждый тип, включая аргумент метода.

Удивительно, но этот же код действителен и в Ruby. Воспользовавшись этим, если мы возьмем этот файл и запустим его как Ruby Selection_sort.cr (обратите внимание, что Ruby не заботится о расширениях файлов), это займет около 30 секунд. С другой стороны, выполнение этой программы после ее компиляции с помощью Crystal в оптимизированном режиме занимает около 0,45 секунды, то есть в 60 раз меньше. Конечно, эта разница не одинакова для любой программы. Это зависит от того, с какой рабочей нагрузкой вы имеете дело. Также важно отметить, что Crystal требуется время для анализа, компиляции, при необходимости оптимизации и создания собственного исполняемого файла.

На следующем графике показано сравнение этого алгоритма сортировки выбором, написанного для разных языков. Здесь вы можете видеть, что Crystal соревнуется на вершине, проигрывая C и очень близко приближаясь к Go. Важно отметить, что Crystal — безопасный язык: он имеет полную поддержку обработки исключений, отслеживает границы массивов, чтобы избежать небезопасного доступа, а также проверяет переполнение при целочисленных математических операциях. С другой стороны, C — небезопасный язык, и он ничего из этого не проверяет. Безопасность достигается за счет незначительного снижения производительности, но, несмотря на это, Crystal остается очень конкурентоспособным:

Сортировка выбором в перевернутом списке из 30 тыс. элементов

Рисунок 1.2.