新 AI 语言Mojo 比 Python 强大的七个特性

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新 AI 语言Mojo 比 Python 强大的七个特性

万能的大雄

编程语言 0 1352 2023-09-24 12:08:54

21CTO导读：新推出的Mojo语言号称比 C 语言更快，还和 Python 语言一样简单，但运行速度却比后者快35000 倍，一起来看它的特性决定了哪些地方速度变快。

Mojo是一种新近发布的编程语言，专为人工智能开发者设计，它由 Swift 的创始人 Chris Lattner 创立的Modular公司出品。

Mojo与其它语言的速率比较。图源：Modular网站

这个著名且哧人的 35000速率说法，来自 Mojo 与其它编程语言之间的基准比较，是在特定的 AWS 实例上使用，代码实现为 Mandelbrot 算法。

Mojo 定位是 Python 的超集，它将 Python 的可用性、简单性和多功能性与 C 语言的性能就这样难以置信地结合了起来。

如果你对 AI 充满热情，并且已经掌握了 Python，那么 Mojo 绝对值得来试一试。

让我们一起深入探索这种令人兴奋的语言的七大功能。

Mojo 语言的特点

Mojo语言具备如下特点：

渐进类型

使用强类型来提高性能并检测错误

零成本抽象

通过将值分配到结构体来管理存储

所有权+借用检查器

确保内存安全，避免并发死锁

便携式参数算法

使用元编程来编写独立于硬件的算法并最大限度地减少重复

语言集成并自动调整

自动优化目标硬件的参数值

社区组织

Mojo 社区正在快速发展，每天都有很多成员加入。这种趋势短期内没有放缓的迹象

我探索了Mojo 提供的这些很酷很新的功能，甚至运行了一些代码，接下来实践并查看该语言在升级Python的实际应用。

1.使用let和var来声明变量类型和常量

Mojo 引入了 let和var语句来让创建变量。如果我们愿意，可以为变量指定类似Int或string类型，就像在 TypeScript 中所做的一样，但不允许变量更改值。如下代码：

def  your_function ( a, b ):     let c = a     # 取消注释即可看到错误:     # c = b # 错误: c 变量是不可改变的    if c != b:         let d = b         print (d) 
your_function( 2 , 3 )

2. structs 用于更快的抽象

我们已经有 C++、Go 等语言的结构体版本。 Mojo 也有类似于 Python 类似的结构体，但它们也有些不同，因为Mojo 类是静态类型语言：你无法在运行时添加更多方法。这是取一个平衡，可能这样它不太灵活，但速度更快。

struct MyPair:     var first: Int     var secondary: Int     # 在这里使用 'fn' 而不是 'def' 声明
    fn __init__(inout self, first: Int, secondary: Int):         self.first = first         self.second = secondary 
    fn __lt__(self, rhs : MyPair) -> Bool:        return self.first < rhs.first or              (self.first == rhs.first and               self.second < rhs.second)

这是一种更严格的struct声明方法，所有字段都必须显式定义。

3.强类型检查

这种结构不仅为开发者提供了灵活性，还可以在 Mojo 中的编译时检查变量类型，就像 TypeScript 编译器现在所做的那样。

来看如下代码：

def pairTest  () -> Bool:     let p = MyPair( 1 , 2 ) # 取消注释即可查看错误：     # return p < 4 #给出编译时错误     return True

在这段代码中，4是一个Int型变量，p是MyPair函数的返回值，在其它编程语言有的是允许的，但在Mojo 中根本就不让你有这种比较。

4.方法重载

C++、Java、Swift等都有函数重载的概念，它是指有多个同名函数接受不同数据类型的参数。

来看这段代码：

struct Complex:     var re: F32     var im: F32 
fn __init__(inout self, x: F32):         """从实数生成复数。""""""从实数生成复数。"""        self.re = x         self.im = 0.0     fn __init__(inout self, r: F32, i: F32):         """从实数生成复数和虚部。"""        self.re = r         self.im = i

可以回想编程语言特性，像 JavaScript 和 Python 这样的弱类型语言是不能够进行函数重载的。

尽管在基于参数/类型的模块/文件函数和类方法中允许重载，但它不能仅仅基于返回类型就能工作，函数参数需要需要具有类型才可使用，否则重载不起作用，所发生的只是最近定义的函数覆盖所有先前定义的同名函数而已。

5. 与Python模块轻松集成

无缝与Python 集成，是 Mojo 语言迄今为止最大的卖点。

在 Mojo 中使用 Python 模块相当简单。作为超集，所需要做的就是用Python.import_module()中使用模块名称，就可以调用该方法。

在下面的例子中，我们导入了numpy库——这个大概是世界上最流行的 Python 库之一。代码来看如下：

from PythonInterface import Python # 将此视为 Python 中的 `import numpy as np` let np = Python.import_module( "numpy" ) 
# 现在就像在 Python 中使用 numpy array = np.array([ 1 , 2 , 3 ]) print(array)

你可以对其它任何 Python 模块执行相同的操作。一些限制规则：

必须导入整个模块才能访问各个成员。
```
包括所有 Python 模块
```

然后，在 Mojo 中的运行速度将提高 35,000 倍。

6 fn.——定义函数的新方法

fn 是比 def 有更严格的定义规则。

def 灵活、可变、有 Python 式的友好；而fn是恒定的、稳定的并且丰富了 Python。它就像 JavaScript 的严格模式，但仅适用于def。

来看如下代码：

struct MyPair: 
    fn __init__(inout self, first: Int, secondary: Int):         self.first = first         self.second = secondary

fn的定义规则总结如下：

不可变参数：默认情况下，参数是不可变的——包括self。因此开发者是不能更改它们的。
必需的参数类型：须为其参数指定类型。
必需的变量声明：须在使用局部变量之前声明它们（使用let和var）
显式异常声明：如果fn抛出异常，则必须显式指示何等错误。就像在 Java 中使用throws关键字所做的一样。

7. 可变和不可变函数参数

按值传递与按引用传递，相信你在C/C++等一样是强类型语言中遇到过这个概念。

Python 的def函数定义使用的是引用传递，就像JavaScript中一样；当然我们可以改变def作为参数传递的对象。但是，Mojodef使用的是值传递，因此，你得到的def是所传递对象的副本。你可以随心所欲地改变这个副本；更改不会影响主对象。

引用传递提高了内存效率，不必为函数创建对象的副本。

但新函数定义fn呢？它与 Python def一样，它默认使用引用传递，但一个关键的区别是这些引用是不可变的。我们可以在函数中读取原始对象，但不能改变它。

不可变的参数

borrowed 是 Mojo 中一个新鲜的、新的、冗余的关键字。

因为它的borrowed作用是使 Mojofn函数中的参数不可变——默认情况下它们是不可变的。当处理占用大量内存的对象时，或者我们不允许复制我们传递的对象时，这是非常有用的。

请看如下代码：

fn use_something_big(borrowed a: SomethingBig, b: SomethingBig):     """'a' 和 'b' 都是不可变的，因为 'borrowed' 是默认值。""""""'a' 和 'b' 都是不可变的，因为 '借用' 是默认值。"""     a.print_id() // 10     b.print_id() // 20
let a = SomethingBig( 10 ) let b = SomethingBig( 20 ) use_something_big(a, b)

SomethingBig我们不需要在函数中复制大对象fn，而是简单地将引用作为不可变参数传递。

可变参数

如果我们想要可变参数，可使用 newinout关键字：

struct Car:     var id_number: Int     var color: String 
    fn __init__(inout self, id: Int):id : Int):         self.id_number = id         self.color = 'none' 
    # self 通过引用传递以进行如上所述的突变。    fn set_color(inout self, color: String):         self.color = color 
    # 像 self 这样的参数默认作为借用传递。    fn print_id(self):   # 与: fn print_id(borrowed self):         print ( 'Id: {0}, color: {1}' ) 
car = Car( 11 ) car.set_color( 'red' )   # 没有错误

self在函数中是不可变的fn，所以我们需要inout修改color中的字段set_color。

要点总结如下：

Mojo：是一种新的人工智能编程语言，具有 C 的速度和 Python 的简单性。
let与var声明：Mojo 引入了let与var语句来创建可选类型变量。var变量是可变的，let变量则不是。
结构：Mojo 具有静态结构，类似于 Python 类，但由于其不变性而速度更快。
强类型检查：Mojo 支持编译时类型检查，类似于 TypeScript。
方法重载：Mojo 允许函数重载，即具有相同名称的函数可以接受不同的数据类型。
Python 模块集成：Mojo 提供无缝的 Python 支持，运行 Python 模块的速度显着加快。
fn函数定义：Mojo 中的 fn 关键字是 Python 的更严格版本def，需要不可变参数和显式异常声明。
可变和不可变参数：Mojo 引入了可变 ( inout) 和不可变 ( borrowed) 函数参数。

结语

当我们又见证 Mojo 这个新语言面世时，请思考这种新的以人工智能为中心的语言将如何彻底改变编程领域，这是件非常有趣有价值的事情。

利用 Python 提供的易用性来缩小性能差距，并引入强大的类型检查等强大功能，可能预示着人工智能开发的新时代。

让我们一起怀着好奇心和渴望来拥抱这一转变，充分发挥 Mojo 的潜力！

作者：场长
参考：
https://medium.com/ai-in-plain-english/mojo-python-upgrades-db4561232724
https://levelup.gitconnected.com/the-mojo-programming-language-2ae72af52265

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