机器人热门编程语言及优缺点分析

 

机器人编程语言最早于20世纪70年代初期问世，到目前为止已有多种编程语言出现，在众多机器人编程语言中究竟哪种编程语言最好呢？这个问题困扰了很多新手学者，但遗憾的是，这是一个没有准确答案的问题，你问不同的人会得到不同的答案，对于机器人学者来说建立“编程思维“才是最关键的，而不是用一种特定语言去衡量，在很多方面，学习哪种机器人编程语言并不是最重要的，重要的是通过编程思维来不断提升自己的技能。

回到本文主题，我们将为大家介绍机器人研发中比较主流的5种机器人编程语言，并对他们的优缺点进行分析。

 

一、Python——一种动态的、面向对象的脚本语言

在机器人研究领域，Python 占据了重要地位。其中一个原因很可能是 Python（和C ++）是ROS中的两种主要编程语言。像JAVA一样，它是一种解释性语言。但也不同于JAVA，Python 语言主要集中在可用性上。

Python优点：

1．更易入门

Python程序简单易懂，初学者学Python更易入门且深入下去可编写非常复杂的程序，且开发效率高，有非常强大的第三方库。

2．高级语言

当你用Python语言编写程序的时候，你无需考虑诸如如何管理你的程序使用的内存一类的底层细节

3．可移植性

由于它的开源本质，Python已经被移植在许多平台上（经过改动使它能够工 作在不同平台上）。如果你小心地避免使用依赖于系统的特性，那么所有Python程序无需修改就几乎可以在市场上所有的系统平台上运行

4．可扩展性

如果需要一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公开，就可将部分程序用C或C++编写，然后在你的Python程序中使用它们。

 

Python缺点：

1．运行速度慢

Python的运行速度相比C语言确实慢很多，跟JAVA相比也要慢一些。

2．线程不能利用多CPU问题

这是Python被人诟病最多的一个缺点。

 

二、C /C ++——大多数中国程序员的第一个语言

C++语言是从C语言发展过来的，是一门面向对象的语言，它继承了C语言的优势。很多人都认为 C 和 C ++ 对机器人科学家来说是一个很好的开端。因为大部分的硬件库使用这些语言，允许实时性能，是非常成熟的编程语言。

C /C ++优点：

1．跨平台性好

C/C++可以潜入任何现代处理器中，几乎所有的操作系统都支持，跨平台性非常好。

2．运行效率高

C语言体型小巧，简洁高效并且接近汇编语言，C++功能在C的基础上增加面向对象的特点，代码可读性好，运行效率高。

3．语言简洁，编写风格自由

兼有高级语言与汇编语言的优点，语言简洁、紧凑，使用方便、灵活丰富的运算符和数据类型，能访问内存地址和位操作等硬件底层操作，生成的目标代码质量高。

 

C/C++缺点：

1．无垃圾回收机制

相对于JAVA来说，没有垃圾回收机制，容易引发内存泄露

2．学习较困难

从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。也就是说，对用C语言的人，要求对程序设计更熟练一些。

3．数据安全性上有缺陷

C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C++的一大区别。　

 

三、JAVA——世界上使用范围最广的语言

JAVA语法规则和C++类似，从某种意义上来说，JAVA是由C和C++语言转变而来的。像C＃和MATLAB一样，JAVA是一种解释性语言，这意味着它不会被合并到机器语言代码中。相反，JAVA虚拟机在运行时解释指令。理论上来说，基于JAVA虚拟机，使用JAVA可以在不同机器上使用类似的代码。但实际上，这并不普遍使用，有时会导致代码运行缓慢，但是JAVA编程语言在机器人研究中非常流行。

JAVA优点：

1．更易学习

由于JAVA语言与C语言和C++语言比较接近，使大多数程序员学起来更简单。

2．支持动态绑定

JAVA语言全面支持动态绑定，而C++语言只对虚函数使用动态绑定。

3．支持Internet应用开发

JAVA语言支持Internet应用的开发，在基本的JAVA应用编程接口中有一个网络应用编程接口（JAVA.net），它提供了用于网络应用编程的类库，包括URL、URLConnection、Socket、ServerSocket等。

4．更安全

JAVA语言提供了一个安全机制以防止恶意代码的共计，相对来说更安全。

5．具有可移植性

JAVA语言是可移植的，这种可移植性来源于体系结构中立性，另外，JAVA还严格规定了各个基本数据类型的长度。

 

JAVA缺点：

1．运行需要安装JAVA虚拟机

JAVA语言最大的缺点就是运行JAVA程序需要装JAVA虚拟机，就这一条严重的影响了JAVA应用程序的使用，基本看不到JAVA的应用程序。

2．运行成本较高

另外JAVA程序的运行成本比较高，过去机器配置不够高的时候，JAVA显得很慢现在随着JAVA本身的版本升级和电脑性能的强化这条基本已经不是问题了。

 

四、C＃/.NET——微软提供的一种限制性编程语言

C＃/ .NET很大程度上是为微软机器人工程师工作室提供的，微软机器人工程师工作室将其作为基本语言。如果使用这个框架，就必须学习 C＃。

C＃/.NET优点：

1．强大的.Net Framework托管代码集合类

,封装了大多数windows上使用的技术组件类, 文件系统，UI界面，数据源访问，网络访问，COM互操作(图形图像多媒体,WPF图形系统)，没有的可以通过.net的平台调用win API函数来得到。

2．较简单的语言特性

自动内存管理, 单继承，支持事件、委托、属性、Linq等一系列让业务开发更简单的功能。

3．Web应用程序开发速度快

Web应用程序开发速度快(.net框架的支持，控件可以拖拉(UI方便编辑和定位)，添加事件(跳转到控制逻辑层),ADO.net数据源访问, xml 网络类库, windows服务)。

4．和语言平台无关的编译机制及较快的运行速度

和语言平台无关的编译机制，及较快的运行速度(ms不推荐, mono的 Xamarin, Unity还不错)：编译成IL中间语言，CLR公共语言运行库托管代码，CLR根据运行时程序需要将IL中间语言用JIT即时编译方式编译为内部机器代码，对编译好的机器代码缓存起来，提高了程序速度。

5．代码安全性

window是基于角色的安全机制，.net提供了基于代码的安全机制，由于中间语言提供了类型安全性，CLR在运行前检查代码，确定是否有需要的安全权限，CLR没有权限则不能执行该代码。

 

C＃/.NET缺点：

1.底层和高性能不合适

不合适做时间性能很高(高速算法)或空间性能很灵活(内存立即释放)的程序，因为中间语言和编译过程，比C/C++Native类型的语言会慢一些，内存自动回收难以立即释放不需要的内存，不采用内联函数和析构函数(不建议)。

2.Windows平台以外支持有限

mono不够成熟好用，window以外Java,Python等是很强大和同样优秀的。

 

五、MATLAB——一种面向数值计算的高级程序设计语言

MATLAB和它的开源亲戚（例如Octave）在一些机器人专家中非常有名，是他们负责调查数据和创建控制系统常用的语言。还有一个非常有名的MATLAB机器人工具箱。使用MATLAB单独创建整个机器人系统的人员。如需要分解数据，创建高级图表或执行控制系统，那就很可能需要学习MATLAB。

 

MATLAB优点：

1．编程效率高

MATLAB语言为演算纸式科学算法语言，由于它编程简单，所以编程效率高，易学易懂。

2．高效方便的矩阵和数组运算

MATLAB语言像BASIC、C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变的照搬到数组建的运算中。

MATLAB缺点：

1．循环运算效率低。

MATLAB中所有的变量均为向量形式，这样一方面在对向量进行整体的计算时，表现出其他语言难以表现出的高效率，但是对于向量中的单个元素，或是将向量作为单个的循环变量来处理时，其处理过程相当的复杂。

2．封装性不好。

一方面，所有的变量均保存在公共工作区中，任何语句都可以调用。另一方面，作为一个完备的软件，而不是实现算法的程序，编程人员在使用MATLAB时需要花相当多的时间考虑如何设计用户界面。

本文为大家列举了机器人编程比较热门的5种语言，但这并不意味着需要全部掌握，对于开发者来说，发现一种对自身来说很自然的语言更为重要，且适合你的机器人硬件，使你能快速上手。在这里建议先学习Python，Python是一门相对简单易懂的语言，有许多有效的库可供学习，且功能非常强大。