{{Otheruses|subject=-{zh-hans:程序设计语言; zh-hant:程式語言;}-Erlang|disambig=Erlang (消歧義)}}
{{Infobox programming language
| name = Erlang
| logo = Erlang logo.svg
| logo_size = 200x100px
| paradigm = 多重典範}-:函數式、並行}-
| year =
| designer = 喬·阿姆斯特朗、Robert Virding、Mike Williams
| developer = 愛立信
| typing = 動態、強
| implementations = Erlang
| dialects =
| influenced_by = Prolog, Smalltalk, , LISP
| influenced = Akka, Clojure, Dart, Elixir, F♯, , Oz, Reia, Rust, Scala
| file_ext = .erl .hrl
| license = Apache许可证2.0(从OTP 18.0开始)
(早期版本)
| website =
| wikibooks = Erlang Programming
}}
is Erlang**-based]]
Erlang()是一種通用的-{zh-hans:并发;zh-hant:平行導向;}-函数式-{zh-hans:程序设计语言;zh-hant:程式語言;}-。Erlang也可以指Erlang/OTP的通稱,開源電信平台(OTP)是Erlang的常用執行環境及一系列標準元件。
Erlang 執行環境為專有以下要求的系統設計:
- 分散式運算
- 高故障容許度
- 軟性即時運算
- 高可用性、不停運作的應用
- 熱插拔,可以修改程式而不必停機
Erlang是運作於虛擬機的-{zh-hans:解释型语言;zh-hant:直譯式語言;}-,但是現在也包含有烏普薩拉大學高性能Erlang計劃(HiPE)開發的原生程式碼編譯器,自R11B-4版本開始,Erlang也支持-{zh-hans:脚本方式执行;zh-hant:腳本直譯器;}-。在編程範型上,Erlang屬於多重典範程式語言,涵蓋函數式、-{zh-hans:并行;zh-hant:平行式;}-及-{zh-hans:分布式;zh-hant:分散式;}-。循序執行的Erlang是一个及早求值, 單次賦值和-{zh-hans:动态类型;zh-hant:動態資料形態;}-的函數式程式語言。
它由喬·阿姆斯特朗(Joe Armstrong)在瑞典電信設備製造商愛立信所轄的電腦科學研究室開發,目的是創造一種可以應付大規模并發活動的-{zh-hans:程序设计语言;zh-hant:程式語言;}-和執行環境。Erlang於1987年釋出正式版本,最早是愛立信擁有的私有軟體,經過十年的發展,於1998年發表開放源碼版本。
開發及演變歷史
Erlang得名於丹麥數學家及統計學家Agner Krarup Erlang,同時Erlang還可以表示Ericsson Language。Erlang語言由瑞典愛立信電信公司的喬·阿姆斯特朗開始設計,開始於公元一九八零年代。最初是以Prolog-{zh-hans:程序设计语言; zh-hant:程式語言;}-為基礎,幾度改版之後,改成以Joe's Abstract Machine為基礎的獨立語言執行環境。雖然語言風格仍與Prolog相近,不過因Erlang語言設計的走向,Erlang成為具备函數語言特色的-{zh-hans:程序设计语言; zh-hant:程式語言;}-。
發行版本
1998年起,Erlang發布開放源碼版本,稱為開源電信平台。開源電信平台採用修改過的Mozilla公共許可證協議發放,同時爱立信仍然提供商業版本的技術支持。目前,Erlang最大的商業用户是爱立信,其他知名用户有北電網路、亞瑪遜}-以及T-Mobile等。
語言特色
- -{zh-hans:并行程序设计;zh-hant:平行導向程式設計;}- 在語言中,可以藉由spawn/*函數,將特定的函數設定為獨立的-{zh-hans:进程; zh-hant:行程;}-,之後可以做跨-{zh-hans:进程;zh-hant:行程;}-通訊。
- 函數式-{zh-hans:程序;zh-hant:程式;}-設計 由於Erlang早期以Prolog開發製成,受語言特性影響,即成為函數式語言。
- 單次賦值 每個-{zh-hans:变量; zh-hant:變數}-只能跟-{zh-hans:数据;zh-hant:資料;}-綁一次,所以,不像一般-{zh-hans:程序设计语言;zh-hant:程式語言;}-的-{zh-hans:变量;zh-hant:變數;}-可以多次指定為不同的值。單次賦值的好處是狀態單純,使-{zh-hans:程序;zh-hant:程式;}-容易閱讀。
- 及早求值或嚴格求值 Erlang基本求值策略為電腦語言中及早求值之特性。而且,可以藉由明確使用無參數的-{zh-hans:λ表达式;zh-hant:λ演算式;}-,將特定函數設定為惰性求值策略。
- -{zh-hans:动态数据类型;zh-hant:動態資料型態;}-與類型系統 有編譯時期的-{zh-hans:类型;zh-hant:型態;}-檢查系統-{zh-hans:支持;zh-hant:支援;}-。
- -{zh-hans:快速失败;zh-hant:錯誤先發;}- 在執行時期發生的錯誤,會由錯誤位置送出訊息,發生錯誤的-{zh-hans:进程;zh-hant:行程;}-立刻停止-{zh-hans:执行;zh-hant:動作;}-。藉由-{zh-hans:进程通讯机制;zh-hant:行程鏈通機制;}-,可以自動傳遞錯誤、捕捉錯誤,使其他-{zh-hans:进程;zh-hant:行程;}-能夠幫助處理錯誤。
- -{zh-hans:代码;zh-hant:程式碼;}-熱更新 由於Erlang是函數語言,可以撰寫特定的-{zh-hans:程序结构;zh-hant:程式結構;}-,製作即時更換新版函數的機制。
- 腳本語言 Erlang實作提供了腳本執行方式。
語言構成
Erlang-{zh-hans:程序;zh-hant:程式;}-結構以函數定義為主。函數是一組將輸入分別對應到輸出的規則,對應方式遵守數學函數的慣例。此外,Erlang語言由幾項構句要素所組成,包括文字(或稱原子)、數字、列表、值組、字元、字串、二進位資料、模組、與特定用途的關鍵字如fun ... end, if ... end, case ... of ... end, spawn, !, receive ... end等等。以下段落分別列示並舉例說明Erlang程式的基本構成部份,涵蓋資料格式、表達式格式與內建函數。
資料格式
表達式格式
- 真值運算:
:
真值比較的結果,如果成功則傳回true原子,失敗則傳回false原子。
請記得,Erlang是以true和false表示布林資料類型。
| (略)
|-
| 運算子
| Erlang提供常用的運算子方便基本運算。運算子是用在中序的表達式裏,包含 + - * / div(商) rem(餘) 等。位元算算有 bnot, band, bor, bxor, bsl(算術左移), bsr(算術右移) 等。用於列表有 ++(列表銜接) --(列表剔除) 等。各種運算式皆可用 ( ) 調整運算優先順序。
| (略)
|-
| 防衛式
|
防衛式是接在when關鍵字之後的一組表達式,藉由防衛式的真偽值做程式控制處理。
防衛式的原則如下方所述:
代表true或false的變數或原子,是防衛式。
任何真值運算式,包括比較算式和邏輯算式,是防衛式。
傳回true或false的函數呼叫,是防衛式。
以逗號分隔的多個防衛式,是防衛式。
|
- false
- A = 表達式 , 表達式 , ...
若一條函數規則加上防衛式,此規則的處理範圍會多一些限制。受防衛式限制的函數對應規則格式為:
原子 ( 變數 , 變數 , ... ) when 防衛式 -> 表達式 , 表達式 , ...
|
- atom_pair(A, B) when is_atom(A), is_atom(B) -> {A, B}.
|-
| 行後註解
| 任何 % 符號開頭,往後到行尾的文字皆為註解文字。
| 'H.W.'. % Hello, World!
|-
| λ演算式
|
λ演算式是匿名函數,在Erlang以 fun ... end 關鍵字敘述。格式為:
fun ( 變數 , 變數 , ... ) -> 表達式 , 表達式 , ... end
使用無參數的λ演算式,可以做出惰性求值的效果。
|
- (fun(X)->X>0 end)(1).
:% (λ x . x > 0) 1
- lists:takewhile(
:fun(X)->
:*X>0 and X= 表達式, 表達式, ... ;
防衛式 -> 表達式, 表達式, ... ;
......
防衛式 -> 表達式, 表達式, ...
end
|
- parse(A) ->
: if
:: is_number(A),
:: round(A) == A,
:: A >= 0 ->
::: {natural, A};
:: is_number(A) ->
::: {real, A};
:: is_atom(A) ->
::: {word, A};
:: true ->
::: {unknown, A}
: end.
|-
| 案例式
|
使用 case ... of ... end 關鍵字,根據一個變數的案例,帶往相對的處理程序。格式為:
case 表達式 of
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
......
樣式 -> 表達式, 表達式, ...
end
- 樣式之後可接when防衛式。
|
- show(A) ->
: case A of
:: {natural, N} ->
::: io:format("Natural number ~.10B is met.~n", [N]);
:: {real, R} ->
::: io:format("Real number ~f is met.~n", [R]);
:: {word, W} ->
::: io:format("\"~w\" is met.~n", [W]);
:: {unknown, U} ->
::: io:format("Unknown structure ~w.~n", [U])
: end.
|-
| 試誤
|
使用 try ... catch ... end 關鍵字敘述試誤的情況與結果。格式為:
try 表達式 of
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
......
樣式 -> 表達式, 表達式, ...
catch
樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ... ;
樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ... ;
......
樣式(例外) -> 表達式, 表達式, ...
after
表達式, 表達式, ...
end
- 不需要使用after段落時,可省略after段落。
- 樣式之後可接when防衛式。
| (略)
|-
| 接收訊息
|
每個Erlang程式執行時,都可以從自己程序的郵箱中取得由其他程序送到的訊息。可以使用 receive ... end 關鍵字接收訊息,格式為:
receive
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
樣式 -> 表達式, 表達式, ... ;
......
樣式 -> 表達式, 表達式, ...
end
- 樣式之後可接when防衛式。
|
- loop(FromPid, Result) ->
: receive
:: {FromPid, stop} ->
::: Result;
:: {FromPid, Any} ->
::: loop(FromPid, [Any|Result])
: end.
|-
| 發送訊息
|
Erlang容許向程序傳送訊息。使用 ! 關鍵字,格式為:
程序代號 ! 訊息
- 訊息可以是各種資料格式。訊息資料格式可以是用各種表達式求出的值。
|
- Pid = erlang:spawn(
: fun() ->
:: receive
::: X -> X
:: end
: end)
:* 以上產生一個程序。
- Pid ! {hello, world}
:* 以上對Pid送出訊息。
|-
| 列表解析
| 列表解析,是提供快速建立列表的語法。語法等同於集合建構式。格式為:
- [ 變數(表達式中的元素) || 變數(表達式中的元素)
-module(hello).
-export([hello_world/0]).
hello_world() -> io:fwrite("hello, world\n").
若要編譯這個程式,將它存為一個名為 hello.erl 的文字檔,然後從 Erlang終端 進行編譯。不要忘了在每個命令的最後加上一個句號(.)。例如:
Erlang (BEAM) emulator version 4.9.1 [source]
Eshell V4.9.1 (abort with ^G)
1> c(hello).
{ok,hello}
(在 Unix系統 上,你可以通過在命令列裡輸入 "erl" 來進入 Erlang終端。在 Windows系統 上,你需要打開一個 命令提示符 視窗,然後輸入 "werl"來進入 Erlang終端,或者在程式功能表中找到 Erlang 的圖示。)從 Erlang終端 上運行這個程式:
2> hello:hello_world().
hello, world
ok
函數式程式設計
Erlang支持函數式程式設計的一般特色,特色包括單次賦值、遞迴定義、λ演算與高階函數等等。Erlang函数大致寫法如下,以整數階乘模組为例:
-module(fact).
-export([fac/1]).
fac(N) when N > 1 ->
N * fac(N-1);
fac(1) ->
1.
以下是快速排序演算法的Erlang實作:
%% quicksort:qsort(List)
%% Sort a list of items
-module(quicksort).
-export([qsort/1]).
qsort([]) -> [];
qsort([Pivot|Rest]) ->
qsort([ X || X Pivot]).
以下是費氏數列求解函數:
-module(example).
-export([fibo/1]).
fibo(N) when N > 1 ->
fibo(N-1) + fibo(N-2);
fibo(1) ->
1;
fibo(0) ->
0.
> c(example).
{ok,example}
> lists:map(fun(X)->example:fibo(X) end, lists:seq(1,10)).
[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]
函數式程式設計難免以遞迴計算,而消耗了大量遞迴堆疊空間。為了克服這個問題,一般使用累積參數與尾端遞迴等技巧節省遞迴數目:如以下例子。
-module(test).
-export([fibo_accu/1]).
fibo_accu(N) ->
fibo(N, 0, 1).
fibo(N, C1, C2) when N > 2 ->
fibo(N-1, C2, C1+C2);
fibo(0, _, _) ->
0;
fibo(1, _, _) ->
1;
fibo(_, C1, C2) ->
C1+C2.
> c(example).
{ok,test}
> lists:map(fun(X)->test:fibo_accu(X) end, lists:seq(1,10)).
[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]
函數式程式設計容許使用高階函數求解。以下例子說明Erlang實做複合函數。 ( f o g ,唸作 f after g 。)
'After'(F, G) ->
fun(X) ->
erlang:apply(F, [erlang:apply(G, [X])])
end.
: 請注意after是Erlang關鍵字。因此,以上函數命名為′After*′避開關鍵字。
> (example:'After'(fun test:show/1, fun test:parse/1))(3.1416).
Real number 3.141600 is met.
ok
平行式程式設計
Erlang最主要的特色是平行導向程式設計,強調多程序平行運作,並且以訊息對彼此溝通。Erlang提供了spawn函數和 ! 、 receive ... end 等關鍵字,可以描述在Erlang/開源電信平台中的如何啟動一些程序、並且如何讓程序傳遞訊息。此外,平行導向程式設計的精神還強調程序的容錯處理,藉由程序發生錯誤時的訊息傳遞,使其他程序可以得知錯誤的發生,使方便於後續處理。以下分別介紹平行導向程式設計的一般程式撰寫方式,以及錯誤處理的使用方式。
平行導向程式設計
基本的平行程式示範如下:
- 以下啟動一個程序。
% create process and call the function web:start_server(Port, MaxConnections)
ServerProcess = spawn(web, start_server, [Port, MaxConnections]),
- 以下是在任何程式中,對先前起動的程序送一則訊息 {pause, 10} 。
% send the {pause, 10} message (a tuple with an atom "pause" and a number "10")
% to ServerProcess (asynchronously)
ServerProcess ! {pause, 10},
- 以下是一段接收訊息的程式。每個程序都擁有一份郵箱,可佇留收到的訊息; receive ... end 程式片斷是從程序的郵箱中取出最早佇留的訊息。
% receive messages sent to this process
receive
a_message -> do_something;
{data, DataContent} -> handle(DataContent);
{hello, Text} -> io:format("Got hello message: ~s", [Text]);
{goodbye, Text} -> io:format("Got goodbye message: ~s", [Text])
end.
收到 a_message 結果就是 do_something ;收到 {data, DataContent} 結果會呼叫 handle(DataContent) ;
收到 {hello, Text} 結果教是印出 "Got hello message: ..." ,收到 {goodbye, Text} 結果是印出
"Got goodbye message: ..." 。
以下程式,示範產生一組環狀傳遞訊息的程序。
ring_proc(Funs) ->
Ns = lists:seq(1, length(Funs)),
[P|Pids] = [ spawn(?MODULE, lists:nth(Nth,Funs),[]) || Nth
receive
ToPid ->
func_msg_(ToPid)
end.
func_msg_(ToPid) ->
receive
stop ->
io:format("Stop process ~w~n", [self()]),
ToPid ! stop;
Message ->
io:format("~w: transmit message to ~w~n", [self(), ToPid]),
ToPid ! Message,
func_msg_(ToPid)
end.
接收stop訊息,就對下一個程序送stop訊息;接收到其他任何訊息,就對下一個程序送同樣的訊息。
如果傳送任何其他訊息,就會讓所有的程序不斷對下一個程序傳遞訊息。而以下是測試傳送stop訊息的執行結果。
> [P|_] = example:ring_proc([func,func,func]).
[,,]
> P ! stop.
Stop process
stop
Stop process
> Stop process
>
容錯處理
Erlang容錯處理機制,由二個步驟實現:一是將二個程序連接起來,二者之間存在一道通訊管道,可提供錯誤訊息的傳遞 ── 在此使用link/1函數;二是將程序回報錯誤的機制打開 ── 在此使用process_flag/2函數。
- 使用link(Pid)讓程序連接到另一個程序。
-module(example).
-compile(export_all).
hello() ->
Pid = spawn(?MODULE, world, []),
link(Pid),
... .
執行時,以 Pid = spawn(example, hello, []) 啟動程序,此程序將啟動另一個程序,並且與它連接。
: 但以上程式還不會有錯誤訊息的傳遞機制,因為回報錯誤的開關還沒有打開。
- 開啟程序回報錯誤機制。
以上 hello/0 函數前段使用process_flag/2函數,將trap_exit標籤打開,即可開啟程序回報錯誤機制。
hello() ->
process_flag(trap_exit, true),
Pid = spawn(?MODULE, world, []),
link(Pid),
... .
於是,當程序結束時,會送出{'EXIT', From, Reason}資料。程序正常結束時,Reason為normal。
另外,spawn函數另外有程序連接版本,spawn_link函數,同時啟動並連接到新程序。
分散式程式設計
Erlang提供分散式機制,能在另一台電腦啟動一些Erlang程序,並由本機電腦對其他電腦的Erlang程序傳遞訊息。
- 當啟動Erlang環境時,加上一個網路節點名稱,就進入分散式Erlang模式。節點可以使用埠號與其他節點通訊。
$> erl -name node_1
- 在同一個網域中,網路節點名稱可以使用短名。
$> erl -sname node_1
啟動新的網路節點時,Erlang使用epmd (Erlang埠號對應管理系統) 指派埠號,提供節點使用。
當知道一個網路節點名稱時,可以在該節點產生新程序。
- 在指定節點RemoteNode啟動一個程序,spawn啟動參數依序為節點名稱、模組名稱、函數名稱、函數的參數列。
% create a remote process and call the function web:start_server(Port, MaxConnections)
% on machine RemoteNode
RemoteProcess = spawn(RemoteNode, web, start_server, [Port, MaxConnections]),
在遠端節點產生新程序之後,可以使用平行式程式設計的技巧,與遠端程序通訊。
Erlang / 開源電信平台提供的程式庫,於分散式程式設計可以使用net_adm、net_kernel、slave、... 等模組,做網路通訊。
其他程式設計典範
惰性求值
Erlang程式員可以使用惰性求值。不過,必須使用λ演算式,才能做到惰性求值。
以下是惰性求值的一例:假設有個剖析器程式如下,由於及早求值特徵,本程式將不會求解。
expr() -> alt(then(factor(), then(literal($+), factor())),
then(factor(), then(literal($-), factor()))).
factor() -> alt(then(term(), then(literal($*), term())),
then(term(), then(literal($/), term()))).
term() -> alt(number(),
xthen(literal($(), thenx(expr(), literal($))))).
此處使用λ演算式及適當使用函數名稱表示,就能進行求值。示例如下。
expr() ->
fun () ->
alt(then(fun factor/0, then(literal($+), fun factor/0)),
then(fun factor/0, then(literal($-), fun factor/0)))
end.
factor() ->
fun () ->
alt(then(fun term/0, then(literal($*), fun term/0)),
then(fun term/0, then(literal($/), fun term/0)))
end.
term() ->
fun () ->
alt(number(),
xthen(literal($(), thenx(expr(), literal($)))))
end.
應用
- Wings 3D,一个用Erlang编寫的三维計算機圖形軟體。
- [http://yaws.hyber.org/ YAWS],以Erlang編寫的高效HTTP伺服器。
- [http://discoproject.org/ DISCO],以Erlang編寫的MapReduce架構系統。
- [http://couchdb.apache.org/ Apache CouchDB],以Erlang編寫的MapReduce文件式資料庫系統。
- [https://www.rabbitmq.com/ RabbitMQ],能搭配Erlang運作的訊息佇列系統。
- 開放電信平台
*WhatsApp:其后端服务器应用使用了Erlang及FreeBSD。支持了4.5亿的活跃用户
- [https://www.process-one.net/en/ejabberd/ ejabberd],世界上最流行的XMPP即时通讯服务器
- [https://github.com/emqx/emqx EMQX],以Erlang编写的高可用、分布式MQTT消息服务器。
社区
*[https://web.archive.org/web/20141014063204/http://erlangcentral.org/ Erlang Central]
*[http://site.douban.com/204209/ Erlang Resources 豆瓣小站]
*[https://web.archive.org/web/20080401034625/http://erlang-china.org/ Erlang中文社區 erlang-china.org]
*[http://www.erlang-cn.com/ Erlang中文教程 erlang-cn.com]
*[https://web.archive.org/web/20141016141155/http://www.cnerlang.com/ Erlang中文社区 cnerlang.com]
*[https://web.archive.org/web/20141014051225/http://www.erlang-cn.org/ Erlang中文 erlang-cn.org]
參考資料
延伸阅读
*
*
- [http://www.erlang.se/publications/bjarnelic.pdf Early history of Erlang] by Bjarne Däcker
*
*
*
*
*
*
*
*
外部連結
*[http://www.erlang.org/ Erlang開放源碼版本]
*[http://www.erlang.se/ Erlang愛立信授權版本]
*[https://www.erlang.org/download/armstrong_thesis_2003.pdf 因應軟體錯誤建構可靠的分散式系統]
*
*[http://www.tw511.com/2/20/701.html Erlang教學]
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