编程语言有类型推断的话，我们就直接写 Ruby 直接编译到二进制了吗？
这个问题触及到了编程语言设计、编译原理以及现代语言生态的几个核心点，理解起来需要一些深入的探讨。直接说“Ruby 加上类型推断就能直接编译成二进制”，这是一种过于简化的说法，忽略了很多中间环节和技术上的挑战。
首先，我们得明白，“类型推断”本身并不直接等同于“编译到二进制”。类型推断是一种在编译时（或特定类型的执行时）根据上下文自动确定变量、表达式或函数返回值的类型的能力。它的好处在于，开发者可以少写一些显式的类型声明，让代码更简洁，同时编译器依然能获取足够的类型信息来做优化和错误检查。Ruby 作为一个动态类型语言，其类型信息是在运行时才完全确定的。
那么，为什么我们现在听到很多语言（比如 Go, Rust, Swift, 甚至一些 JavaScript 变种如 TypeScript）可以编译成原生二进制，而 Ruby 却不常见直接编译成原生二进制呢？这背后有很多原因，而且与类型系统以及语言的底层设计哲学息息相关。
1. 动态类型 vs. 静态类型
Ruby 是典型的动态类型语言。这意味着一个变量在程序运行时可以持有不同类型的值，而且类型检查主要发生在运行时。例如：
```ruby
x = 10 x 是整数
x = "hello" 现在 x 是字符串了
```
这种灵活性带来了开发上的便利，但同时也给静态编译带来了巨大的挑战。编译器需要知道每个操作（比如加法、方法调用）作用在什么类型的数据上才能生成正确的机器码。在动态类型语言中，很多信息只有在程序运行到那个点时才能确定。
为了解决这个问题，动态语言通常依赖于虚拟机（VM）或者即时编译器（JIT）。Ruby 运行在如 MRI (Matz's Ruby Interpreter) 这样的虚拟机上。虚拟机负责解释执行 Ruby 代码，或者在运行时根据代码的执行频率进行优化并编译成机器码（JIT）。这种模式下，类型信息是在运行时动态查找和确定的，因此最终执行的代码是在 VM 的控制下，而不是直接的操作系统级别的原生二进制。
2. 类型推断在静态编译语言中的作用
在像 Go, Rust, Swift 这样的静态类型语言中，类型系统是设计之初就存在的。即使有类型推断，其推断的结果也是静态的，也就是说，在程序编译完成的那一刻，所有变量、表达式的类型就已经确定了。
比如 Rust 的一个例子：
```rust
let message = "Hello, world!"; // Rust 推断 message 是 &'static str (静态字符串切片)
let count = 42; // Rust 推断 count 是 i32 (32位整数)
// Rust 编译器知道 message 是字符串，count 是数字，因此可以安全地进行连接或格式化。
println!("The count is: {}", count);
```
由于类型是确定的，编译器可以：
进行精确的内存布局计算：知道每个变量需要多少内存，以及如何访问它们。
生成最优化的机器码：知道特定指令（如整数加法）可以直接映射到 CPU 指令，无需运行时查找。
在编译时进行大量的错误检查：例如，试图将字符串和整数相加，在编译阶段就会被发现并报错。
3. Ruby 编译到二进制的技术难点
如果要把 Ruby 这样的动态语言“编译”成原生二进制，需要克服以下几大障碍：
运行时信息丢失：如前所述，很多类型信息和方法绑定的信息是在运行时才知道的。如果要在编译时完成这一切，需要极度复杂的分析，甚至要包含大量的运行时支持代码（Runtime Support）来模拟动态行为。
动态特性模拟：Ruby 的元编程能力（比如 `method_missing`、`eval`、动态修改类和对象）使得编译器在编译时难以完全预测程序的行为。要将这些动态特性转化为静态的二进制代码，需要非常高级的分析和转换技术，这通常比支持静态类型的语言的编译要复杂得多。
垃圾回收（GC）：Ruby 拥有自动垃圾回收机制。在编译成原生二进制时，你需要一个与目标平台兼容且高效的 GC 实现。这个 GC 需要能够理解 Ruby 的对象模型和内存管理规则。
标准库和生态：Ruby 的许多库都依赖于其运行时环境。将整个 Ruby 环境（包括其对象模型、API）打包进一个独立的二进制文件，并且能够高效运行，是一个巨大的工程。
4. 现代 Ruby 的发展方向（与二进制编译的关联）
尽管如此，Ruby 社区也在探索更高效的执行方式，这间接与“编译到二进制”的愿景有关联：
JIT 编译器（如 YJIT）：这是目前 Ruby 社区大力发展的方向。YJIT (Yet Another Ruby JIT) 旨在显著提升 Ruby 代码的执行速度，它通过在程序运行时将热点代码（经常执行的代码）编译成机器码来实现。这种方式仍然依赖于 VM 和运行时，但执行效率大大提高。
GraalVM for Ruby：GraalVM 是一个高性能的多语言虚拟机，它也支持 Ruby。GraalVM 可以将 Ruby 代码提前编译（AOT AheadOfTime）成优化的字节码，甚至在某些场景下可以输出为原生二进制可执行文件。但这通常需要一个相对静态化的 Ruby 代码，或者在编译时进行大量的分析和优化，并且可能仍然需要包含一定量的运行时支持。
实验性项目：也有一些社区项目尝试将 Ruby 编译成更底层的代码，例如编译到 WebAssembly (Wasm)，或者生成 C 代码再由 C 编译器处理。这些都是在探索将 Ruby 的能力映射到不同执行环境的途径，而“直接编译到原生二进制”是其中一个终极目标。
总结来说，类型推断 本身 只是一个语言特性，它能简化开发者的工作，并为编译器提供更多信息。但要把像 Ruby 这样的动态语言直接编译成原生二进制，需要的是一个能够完全理解并重现 Ruby 动态特性、提供完整运行时支持（GC、对象模型、元编程等）的先进编译技术。
这并不是说 Ruby 不能变得更快，或者不能有更接近原生二进制的执行方式，而是说，它从根本上是为动态执行而设计的，要改变这个底层路径，涉及的是对整个语言运行时和执行模型的重新设计或极度复杂的模拟，远不止“加上类型推断”那么简单。 许多现代静态类型语言能够直接编译成二进制，是因为它们的设计哲学和运行时模型从一开始就考虑了这一点。
首先，我们得明白，“类型推断”本身并不直接等同于“编译到二进制”。类型推断是一种在编译时（或特定类型的执行时）根据上下文自动确定变量、表达式或函数返回值的类型的能力。它的好处在于，开发者可以少写一些显式的类型声明，让代码更简洁，同时编译器依然能获取足够的类型信息来做优化和错误检查。Ruby 作为一个动态类型语言，其类型信息是在运行时才完全确定的。
那么，为什么我们现在听到很多语言（比如 Go, Rust, Swift, 甚至一些 JavaScript 变种如 TypeScript）可以编译成原生二进制，而 Ruby 却不常见直接编译成原生二进制呢？这背后有很多原因，而且与类型系统以及语言的底层设计哲学息息相关。
1. 动态类型 vs. 静态类型
Ruby 是典型的动态类型语言。这意味着一个变量在程序运行时可以持有不同类型的值，而且类型检查主要发生在运行时。例如：
```ruby
x = 10 x 是整数
x = "hello" 现在 x 是字符串了
```
这种灵活性带来了开发上的便利，但同时也给静态编译带来了巨大的挑战。编译器需要知道每个操作（比如加法、方法调用）作用在什么类型的数据上才能生成正确的机器码。在动态类型语言中，很多信息只有在程序运行到那个点时才能确定。
为了解决这个问题，动态语言通常依赖于虚拟机（VM）或者即时编译器（JIT）。Ruby 运行在如 MRI (Matz's Ruby Interpreter) 这样的虚拟机上。虚拟机负责解释执行 Ruby 代码，或者在运行时根据代码的执行频率进行优化并编译成机器码（JIT）。这种模式下，类型信息是在运行时动态查找和确定的，因此最终执行的代码是在 VM 的控制下，而不是直接的操作系统级别的原生二进制。
2. 类型推断在静态编译语言中的作用
在像 Go, Rust, Swift 这样的静态类型语言中，类型系统是设计之初就存在的。即使有类型推断，其推断的结果也是静态的，也就是说，在程序编译完成的那一刻，所有变量、表达式的类型就已经确定了。
比如 Rust 的一个例子：
```rust
let message = "Hello, world!"; // Rust 推断 message 是 &'static str (静态字符串切片)
let count = 42; // Rust 推断 count 是 i32 (32位整数)
// Rust 编译器知道 message 是字符串，count 是数字，因此可以安全地进行连接或格式化。
println!("The count is: {}", count);
```
由于类型是确定的，编译器可以：
进行精确的内存布局计算：知道每个变量需要多少内存，以及如何访问它们。
生成最优化的机器码：知道特定指令（如整数加法）可以直接映射到 CPU 指令，无需运行时查找。
在编译时进行大量的错误检查：例如，试图将字符串和整数相加，在编译阶段就会被发现并报错。
3. Ruby 编译到二进制的技术难点
如果要把 Ruby 这样的动态语言“编译”成原生二进制，需要克服以下几大障碍：
运行时信息丢失：如前所述，很多类型信息和方法绑定的信息是在运行时才知道的。如果要在编译时完成这一切，需要极度复杂的分析，甚至要包含大量的运行时支持代码（Runtime Support）来模拟动态行为。
动态特性模拟：Ruby 的元编程能力（比如 `method_missing`、`eval`、动态修改类和对象）使得编译器在编译时难以完全预测程序的行为。要将这些动态特性转化为静态的二进制代码，需要非常高级的分析和转换技术，这通常比支持静态类型的语言的编译要复杂得多。
垃圾回收（GC）：Ruby 拥有自动垃圾回收机制。在编译成原生二进制时，你需要一个与目标平台兼容且高效的 GC 实现。这个 GC 需要能够理解 Ruby 的对象模型和内存管理规则。
标准库和生态：Ruby 的许多库都依赖于其运行时环境。将整个 Ruby 环境（包括其对象模型、API）打包进一个独立的二进制文件，并且能够高效运行，是一个巨大的工程。
4. 现代 Ruby 的发展方向（与二进制编译的关联）
尽管如此，Ruby 社区也在探索更高效的执行方式，这间接与“编译到二进制”的愿景有关联：
JIT 编译器（如 YJIT）：这是目前 Ruby 社区大力发展的方向。YJIT (Yet Another Ruby JIT) 旨在显著提升 Ruby 代码的执行速度，它通过在程序运行时将热点代码（经常执行的代码）编译成机器码来实现。这种方式仍然依赖于 VM 和运行时，但执行效率大大提高。
GraalVM for Ruby：GraalVM 是一个高性能的多语言虚拟机，它也支持 Ruby。GraalVM 可以将 Ruby 代码提前编译（AOT AheadOfTime）成优化的字节码，甚至在某些场景下可以输出为原生二进制可执行文件。但这通常需要一个相对静态化的 Ruby 代码，或者在编译时进行大量的分析和优化，并且可能仍然需要包含一定量的运行时支持。
实验性项目：也有一些社区项目尝试将 Ruby 编译成更底层的代码，例如编译到 WebAssembly (Wasm)，或者生成 C 代码再由 C 编译器处理。这些都是在探索将 Ruby 的能力映射到不同执行环境的途径，而“直接编译到原生二进制”是其中一个终极目标。
总结来说，类型推断 本身 只是一个语言特性，它能简化开发者的工作，并为编译器提供更多信息。但要把像 Ruby 这样的动态语言直接编译成原生二进制，需要的是一个能够完全理解并重现 Ruby 动态特性、提供完整运行时支持（GC、对象模型、元编程等）的先进编译技术。
这并不是说 Ruby 不能变得更快，或者不能有更接近原生二进制的执行方式，而是说，它从根本上是为动态执行而设计的，要改变这个底层路径，涉及的是对整个语言运行时和执行模型的重新设计或极度复杂的模拟，远不止“加上类型推断”那么简单。 许多现代静态类型语言能够直接编译成二进制，是因为它们的设计哲学和运行时模型从一开始就考虑了这一点。
网友意见
现在这堆动态语言都有 eval，从理论上断绝了编译成不带解释器的二进制代码的可能。
而如果没有 eval 这样的东西，那么「脚本语言」是可以编译成机器代码的。最原始的办法就是做这样的翻译：
# py def func(): if random.random()<0.5: return 0 else: return "a string" // C // 感谢评论告诉我 python 中「值」这个 tagged union 的名字… pyObject func(){ if(lt(invoke_method(random, "random"), val_number(0.5))) { return val_number(0); } else { return val_string("a string"); } } 当然，后者没做任何优化……
任何语言都可以被编译到native，和是不是静态类型没有一毛钱关系。
静态类型只是在一些时候可以提升执行效率的一个做法，仅此而已。
Ruby一行代码的信息量超小的。你写代码的人什么都不说，到执行的时候就知道了，解释器也很为难啊。
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