機器人主流編程語言盤點 及優缺點分析

機器人編程語言最早於20世紀70年代初期問世,到目前爲止已有多種編程語言出現,在衆多機器人編程語言中究竟哪種編程語言最好呢?這個問題困擾了很多新手學者,但遺憾的是,這是一個沒有準確答案的問題,你問不同的人會得到不同的答案,對於機器人學者來說建立“編程思維“纔是最關鍵的,而不是用一種特定語言去衡量,在很多方面,學習哪種機器人編程語言並不是最重要的,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,我們將爲大家介紹機器人研發中比較主流的5種機器人編程語言,並對他們的優缺點進行分析。

一、Python——一種動態的、面向對象的腳本語言

在機器人研究領域,Python 佔據了重要地位。其中一個原因很可能是 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。但也不同於JAVA,Python 語言主要集中在可用性上。

計算機編程語言Python

Python優點:

1.更易入門

Python程序簡單易懂,初學者學Python更易入門且深入下去可編寫非常複雜的程序,且開發效率高,有非常強大的第三方庫。

2.高級語言

當你用Python語言編寫程序的時候,你無需考慮諸如如何管理你的程序使用的內存一類的底層細節

3.可移植性

由於它的開源本質,Python已經被移植在許多平臺上(經過改動使它能夠工 作在不同平臺上)。如果你小心地避免使用依賴於系統的特性,那麼所有Python程序無需修改就幾乎可以在市場上所有的系統平臺上運行

4.可擴展性

如果需要一段關鍵代碼運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,然後在你的Python程序中使用它們。

 

Python缺點:

1.運行速度慢

Python的運行速度相比C語言確實慢很多,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缺點。

 

二、C /C ++——大多數中國程序員的第一個語言

C++語言是從C語言發展過來的,是一門面向對象的語言,它繼承了C語言的優勢。很多人都認爲 C 和 C ++ 對機器人科學家來說是一個很好的開端。因爲大部分的硬件庫使用這些語言,允許實時性能,是非常成熟的編程語言。

計算機編程語言C /C ++的優缺點分析

C /C ++優點:

1.跨平臺性好

C/C++可以潛入任何現代處理器中,幾乎所有的操作系統都支持,跨平臺性非常好。

2.運行效率高

C語言體型小巧,簡潔高效並且接近彙編語言,C++功能在C的基礎上增加面向對象的特點,代碼可讀性好,運行效率高。

3.語言簡潔,編寫風格自由

兼有高級語言與彙編語言的優點,語言簡潔、緊湊,使用方便、靈活豐富的運算符和數據類型,能訪問內存地址和位操作等硬件底層操作,生成的目標代碼質量高。

 

C/C++缺點:

1.無垃圾回收機制

相對於JAVA來說,沒有垃圾回收機制,容易引發內存泄露

2.學習較困難

從應用的角度,C語言比其他高級語言較難掌握。也就是說,對用C語言的人,要求對程序設計更熟練一些。

3.數據安全性上有缺陷

C語言的缺點主要表現在數據的封裝性上,這一點使得C在數據的安全性上有很大缺陷,這也是C和C++的一大區別。 

 

三、JAVA——世界上使用範圍最廣的語言

JAVA語法規則和C++類似,從某種意義上來說,JAVA是由C和C++語言轉變而來的。像C#和MATLAB一樣,JAVA是一種解釋性語言,這意味着它不會被合併到機器語言代碼中。相反,JAVA虛擬機在運行時解釋指令。理論上來說,基於JAVA虛擬機,使用JAVA可以在不同機器上使用類似的代碼。但實際上,這並不普遍使用,有時會導致代碼運行緩慢,但是JAVA編程語言在機器人研究中非常流行。

計算機編程語言JAVA的優缺點分析

JAVA優點:

1.更易學習

由於JAVA語言與C語言和C++語言比較接近,使大多數程序員學起來更簡單。

2.支持動態綁定

JAVA語言全面支持動態綁定,而C++語言只對虛函數使用動態綁定。

3.支持Internet應用開發

JAVA語言支持Internet應用的開發,在基本的JAVA應用編程接口中有一個網絡應用編程接口(JAVA.net),它提供了用於網絡應用編程的類庫,包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。

4.更安全

JAVA語言提供了一個安全機制以防止惡意代碼的共計,相對來說更安全。

5.具有可移植性

JAVA語言是可移植的,這種可移植性來源於體系結構中立性,另外,JAVA還嚴格規定了各個基本數據類型的長度。

 

JAVA缺點:

1.運行需要安裝JAVA虛擬機

JAVA語言最大的缺點就是運行JAVA程序需要裝JAVA虛擬機,就這一條嚴重的影響了JAVA應用程序的使用,基本看不到JAVA的應用程序。

2.運行成本較高

另外JAVA程序的運行成本比較高,過去機器配置不夠高的時候,JAVA顯得很慢現在隨着JAVA本身的版本升級和電腦性能的強化這條基本已經不是問題了。

 

四、C#/.NET——微軟提供的一種限制性編程語言

C#/ .NET很大程度上是爲微軟機器人工程師工作室提供的,微軟機器人工程師工作室將其作爲基本語言。如果使用這個框架,就必須學習 C#。

計算機編程語言C#/.NET的優缺點分析

C#/.NET優點:

1.強大的.Net Framework託管代碼集合類

,封裝了大多數windows上使用的技術組件類, 文件系統,UI界面,數據源訪問,網絡訪問,COM互操作(圖形圖像多媒體,WPF圖形系統),沒有的可以通過.net的平臺調用win API函數來得到。

2.較簡單的語言特性

自動內存管理, 單繼承,支持事件、委託、屬性、Linq等一系列讓業務開發更簡單的功能。

3.Web應用程序開發速度快

Web應用程序開發速度快(.net框架的支持,控件可以拖拉(UI方便編輯和定位),添加事件(跳轉到控制邏輯層),ADO.net數據源訪問, xml 網絡類庫, windows服務)。

4.和語言平臺無關的編譯機制及較快的運行速度

和語言平臺無關的編譯機制,及較快的運行速度(ms不推薦, mono的 Xamarin, Unity還不錯):編譯成IL中間語言,CLR公共語言運行庫託管代碼,CLR根據運行時程序需要將IL中間語言用JIT即時編譯方式編譯爲內部機器代碼,對編譯好的機器代碼緩存起來,提高了程序速度。

5.代碼安全性

window是基於角色的安全機制,.net提供了基於代碼的安全機制,由於中間語言提供了類型安全性,CLR在運行前檢查代碼,確定是否有需要的安全權限,CLR沒有權限則不能執行該代碼。

 

C#/.NET缺點:

1.底層和高性能不合適

不合適做時間性能很高(高速算法)或空間性能很靈活(內存立即釋放)的程序,因爲中間語言和編譯過程,比C/C++Native類型的語言會慢一些,內存自動回收難以立即釋放不需要的內存,不採用內聯函數和析構函數(不建議)。

2.Windows平臺以外支持有限

mono不夠成熟好用,window以外Java,Python等是很強大和同樣優秀的。

 

五、MATLAB——一種面向數值計算的高級程序設計語言

MATLAB和它的開源親戚(例如Octave)在一些機器人專家中非常有名,是他們負責調查數據和創建控制系統常用的語言。還有一個非常有名的MATLAB機器人工具箱。使用MATLAB單獨創建整個機器人系統的人員。如需要分解數據,創建高級圖表或執行控制系統,那就很可能需要學習MATLAB。

 計算機編程語言MATLAB的優缺點分析

MATLAB優點:

1.編程效率高

MATLAB語言爲演算紙式科學算法語言,由於它編程簡單,所以編程效率高,易學易懂。

2.高效方便的矩陣和數組運算

MATLAB語言像BASIC、C語言一樣規定了矩陣的算術運算符、關係運算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符,而且這些運算符大部分可以毫無改變的照搬到數組建的運算中。

MATLAB缺點:

1.循環運算效率低。

MATLAB中所有的變量均爲向量形式,這樣一方面在對向量進行整體的計算時,表現出其他語言難以表現出的高效率,但是對於向量中的單個元素,或是將向量作爲單個的循環變量來處理時,其處理過程相當的複雜。

2.封裝性不好。

一方面,所有的變量均保存在公共工作區中,任何語句都可以調用。另一方面,作爲一個完備的軟件,而不是實現算法的程序,編程人員在使用MATLAB時需要花相當多的時間考慮如何設計用戶界面。

本文爲大家列舉了機器人編程比較熱門的5種語言,但這並不意味着需要全部掌握,對於開發者來說,發現一種對自身來說很自然的語言更爲重要,且適合你的機器人硬件,使你能快速上手。在這裏建議先學習Python,Python是一門相對簡單易懂的語言,有許多有效的庫可供學習,且功能非常強大。

 

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