【Mojo】专门为AI而设计的语言

前言一、Mojo简介五、Mojo优势六、Mojo功能介绍 1.函数2.变量 3.结构体 4.模块和包六、Mojo牛刀小试 1.Mojo安装 2.Mojo使用小节

前言

Mojo是Python的超集，也就是说，任何有效的Python代码也是有效的Mojo代码。Mojo还添加了一些新的语法和特性，如类型推断、编译时计算、内联函数等，以提高性能和灵活性。

Mojo作为一种新兴的AI编程语言，试图结合Python的易用性和C/C++/CUDA的性能优势，为开发者提供一种全新的编程体验。Mojo允许开发者使用一种语言编写所有内容，无需再单独掌握C/C++等其他语言，这在一定程度上简化了AI开发过程。

作为这俩年最火的行业，AI无出其右，AI编程的代表性语言主要使Python、C/C++。Python因其简单易学、丰富的库支持和强大的社区力量，在AI领域占据了主导地位。Python不仅能够作为"胶水"语言与其他语言互操作，还提供了大量的工具库，极大地扩展了其应用范围和能力。C/C++则因其高性能和对硬件的直接访问能力，在深度学习和科学计算等需要高性能计算的任务中被广泛应用。C/C++是许多底层算法库的实现语言。然而，随着AI技术的发展，传统的编程语言在满足现代AI应用的需求时显得力不从心。这些语言往往不原生支持张量操作和并行计算，也不容易适应多样化的硬件环境。Mojo 就是在这样的背景下，Mojo是Modular 创造的第一个专门为 MLIR 设计的主要语言，主要是解决在构建平台来统一全球 ML/AI 基础设施时，整个堆栈的编程过于复杂的问题。创造出来的一种新的且可扩展的编程模型，可以针对人工智能领域普遍存在的加速器和其他异构系统，专门为 MLIR设计的主要语言，这使得 Mojo 在为 AI 工作负载编写系统级代码时具有独特的强大功能。

一、Mojo简介

Mojo 是第一个使用 MLIR（一种编译器基础设施，非常适合从 CPU 和 GPU 到各种 AI ASIC 的异构硬件）从头开始构建的编程语言。Modular 将 Mojo 设计为 Python 的超集，那么Mojo到底是一门什么样的语言呢？Mojo官网是这样介绍的，截图如下：

我给大家翻译过来就是： Mojo是一门专门为AI开发者提供的编程语言，将 Python 的可用性与 C 的性能相结合，解锁了 AI 硬件无与伦比的可编程性和 AI 模型的可扩展性。

Mojo指导文档是这样介绍的，截图如下：

翻译过来就是： Mojo 是一种新的编程语言，它通过将最好的 Python 语法与系统编程和元编程相结合，弥合了研究和生产之间的差距。使用 Mojo，您可以编写比 C 更快的可移植代码，并与 Python 生态系统无缝互操作。

通过Mojo官网的介绍，我们大致可以了解到如下信息：

1.它可以编写比C更快的可移植代码，据称比Python快35000倍。

2.它可以与Python生态系统无缝互操作，支持Python的核心功能，如异步/等待、错误处理和可变参数。

简单来事，就是Python语言和C语言，不管在性能还是通用型方面，都可以完全碾压二者，从此开发人员再也不用频繁的学习各种各样的语言了，真正做到了Mojo在手，妈妈再也不用担心我的工作了。不过玩笑归玩笑，Mojo能说出这样的话，也是有其实力的，毕竟谁也不会搬起石头砸自己的脚，更何况他搬起的不是石头，二是Python和C这么俩座石山。下面让我们继续深入学习Mojo，解开心中的疑惑。

五、Mojo优势

1.兼容Python语法：Mojo完全兼容 Python 语法，Python开发者可以轻松上手，不需要再花大力气学习一门新的语言。

2.兼容Python 库：兼容很多现有的Python科学计算库，比如。

3.卓越的性能：比 Python 快 35000 倍。

4.单一语言写作：无需单独掌握C++或Python；仅使用 Mojo 执行这两种功能，正真做到了一鱼俩吃。

5.并行处理：Mojo 使用 MLIR 在专用 AI 硬件单元上进行矢量化、线程化处理。

6.模型更容易扩展：升级模型比以往任何时候都容易。

六、Mojo功能介绍

1.函数

Mojo 支持两种类型的函数：def和fn函数。您可以将任一声明与任何函数（包括该main()函数）一起使用，但它们具有不同的默认行为。

1）def功能

该def函数提供与 Python def函数相同的动态性和灵活性。例如，此函数在 Python 和 Mojo 中的工作方式相同：

arduino 复制代码

def greet(name):
    greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

在 Mojo 中，您还可以选择指定参数类型和返回类型。您还可以使用var、带或不带显式类型来声明变量。

arduino 复制代码

def greet(name: String) -> String:
    var greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

这样，编译器可以确保它name是一个字符串，并且返回类型也是一个字符串。

2）fn功能

该fn函数提供严格的类型检查和额外的内存安全性。它基本上强制您在中写入可选的内容def，并确保您不会意外地改变收到的参数。例如，下面是与上面相同的函数，使用fn：

arduino 复制代码

fn greet(name: String) -> String:
    var greeting = "Hello, " + name + "!"
    return greeting

就函数调用者而言，def函数fn是可以互换的。也就是说，没有什么是def可以做的fn（反之亦然）。不同的是，与def函数相比，fn 函数内部更加严格。

2.变量

变量是保存值或对象的名称。 Mojo 中的所有变量都是可变的------它们的值可以改变。

1）未声明的变量

在def函数或 REPL 环境中，您可以创建仅包含名称和值的变量。例如：

ini 复制代码

name = "Sam"

声明的变量没有var跟随 s

2）声明的变量

您可以使用关键字声明变量var。例如：

kotlin 复制代码

var name = "Sam"
var user_id: Int

该name变量被初始化为字符串"Sam"。该user_id变量未初始化，但它具有声明的类型Int（整数值）。所有声明的值都是类型化的------要么使用类型注释显式地定义，要么在使用值初始化时隐式地定义。

由于声明的变量是强类型的，因此您不能为变量分配不同类型的值，除非这些类型可以隐式转换。例如，以下代码将无法编译：

ini 复制代码

var user_id: Int = "Sam"

3.结构体

Mojo 结构是一种数据结构，允许您封装对抽象（例如数据类型或对象）进行操作的字段和方法。字段是保存与结构相关的数据的变量，方法是结构内部的函数，通常作用于字段数据。

例如，如果您正在构建图形程序，则可以使用结构体来定义 struct，Image该结构体具有用于存储有关每个图像（例如像素）的信息的字段以及对其执行操作（例如旋转图像）的方法。

大多数情况下，Mojo 的结构格式旨在为程序中使用的高级数据类型提供静态、内存安全的数据结构。例如，Mojo 标准库中的所有数据类型（例如Int、 Bool、String和Tuple）都被定义为结构体。

1）结构体定义

您可以定义一个MyPair带有两个字段的简单结构体，如下所示：

kotlin 复制代码

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

但是，您无法实例化此结构，因为它没有构造函数方法。所以这里用一个构造函数来初始化这两个字段：

sql 复制代码

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

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

请注意，该方法中的第一个参数__init__()是inout self。现在，忽略inout（这是一个参数约定，声明self是一个可变引用）；您现在需要知道的是这 self必须是第一个参数。它引用当前的结构实例（它允许方法中的代码引用"自身"）。当你调用构造函数时，你永远不会传递一个值self------Mojo会自动传递它。

2）结构体对象创建

一旦有了构造函数，您就可以创建一个实例MyPair并设置字段：

scss 复制代码

var mine = MyPair(2,4)
print(mine.first)

4.模块和包

Mojo 提供了一个打包系统，允许您组织代码库并将其编译为可导入的文件。本页介绍了有关如何将代码组织成模块和包（这很像 Python）的必要概念，并向您展示如何使用命令创建打包的二进制文件mojo package。

要了解 Mojo 包，您首先需要了解 Mojo 模块。 Mojo 模块是单个 Mojo 源文件，其中包含适合导入它的其他文件使用的代码。例如，您可以创建一个模块来定义如下所示的结构：

sql 复制代码

struct MyPair:
    var first: Int
    var second: Int

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

    fn dump(self):
        print(self.first, self.second)

请注意，这段代码没有任何main()功能，因此无法执行 mymodule.mojo。但是，您可以将其导入到另一个具有函数的文件中 main()并在那里使用它。

例如，以下是如何导入MyPair名为的文件，main.mojo 该文件与位于同一目录中mymodule.mojo：

php 复制代码

from mymodule import MyPair

fn main():
    var mine = MyPair(2, 4)
    mine.dump()

或者，您可以导入整个模块，然后通过模块名称访问其成员。例如：

php 复制代码

import mymodule

fn main():
    var mine = mymodule.MyPair(2, 4)
    mine.dump()

您还可以使用为导入的成员创建别名as，如下所示：

php 复制代码

import mymodule as my

fn main():
    var mine = my.MyPair(2, 4)
    mine.dump()

在此示例中，仅当mymodule.mojo与位于同一目录中时才有效main.mojo。目前，.mojo如果文件驻留在其他目录中，则无法将它们作为模块导入。

六、Mojo牛刀小试

1.Mojo安装

Mojo SDK 目前可用于在 Apple 芯片上运行的 Ubuntu Linux 系统和 macOS 系统。对 Windows 的支持即将推出。Mojo SDK 包含本地 Mojo 开发所需的一切，包括 Mojo 标准库和Mojo 命令行界面 (CLI)。 Mojo CLI可以启动REPL编程环境、编译和运行Mojo源文件、格式化源文件等。

我们还发布了Visual Studio Code 的 Mojo 扩展，以提供一流的开发人员体验，包括代码完成、快速修复和 Mojo API 的悬停帮助等功能。

1.打开终端并安装modular命令行工具：

arduino 复制代码

curl -s https://get.modular.com | sh -

2.然后使用以下命令登录您的模块化帐户：

modular auth

3.现在您可以安装 Mojo SDK：

modular install mojo

4.设置环境变量以便您可以访问 mojoCLI，如果您使用的是 Bash，请运行以下命令：

bash 复制代码

MOJO_PATH=$(modular config mojo.path) \
  && BASHRC=$( [ -f "$HOME/.bash_profile" ] && echo "$HOME/.bash_profile" || echo "$HOME/.bashrc" ) \
  && echo 'export MODULAR_HOME="'$HOME'/.modular"' >> "$BASHRC" \
  && echo 'export PATH="'$MOJO_PATH'/bin:$PATH"' >> "$BASHRC" \
  && source "$BASHRC"

2.Mojo使用

安装 MAX SDK或 Mojo SDK后，您可以使用 Mojo CLI来构建和运行 Mojo 程序。因此，让我们创建一个经典的入门程序，以三种不同的方式打印"Hello, world!"。

在开始之前，请确保按照安装过程中所述设置MODULAR_HOME和环境变量，以便您可以运行以下命令：PATH``mojo

css 复制代码

mojo --version

首先，让我们使用 Mojo REPL，它允许您在命令提示符下编写和运行 Mojo 代码：

要启动 REPL 会话，请mojo在终端中输入并按Enter。
然后键入print("Hello, world!")并按Enter两次（需要一个空行来指示表达式的结尾）。

就是这样！例如：

perl 复制代码

$ mojo
Welcome to Mojo! 🔥

Expressions are delimited by a blank line.
Type `:quit` to exit the REPL and `:mojo help repl` for further assistance.

1> print("Hello, world!")
2.
Hello, world!

您可以在 REPL 中编写任意数量的代码。您可以按Enter开始新行并继续编写代码，当您希望 Mojo 评估代码时，按Enter两次。如果有需要打印的内容，Mojo 会打印它，然后将提示返回给您。

现在让我们在 Mojo 源文件中编写代码并使用以下 mojo命令运行它：

1.hello.mojo创建一个名为(或)的文件hello.🔥并添加以下代码：

php 复制代码

fn main():
    print("Hello, world!")

这就是你所需要的。保存文件并返回到您的终端。

现在使用以下命令运行它mojo：

mojo hello.mojo

它应该立即打印消息：

Hello, world!

小节

请注意，Mojo 仍然是一种非常年轻的语言，所以还有很多东西还没有建立起来。同样，还有很多文档还没有写出来。但我们很高兴能与您分享 Mojo 并获得您的反馈。

虽然Mojo作为一种为AI / ML量身定制的快速，与Python兼容的语言显示出前景，但它不太可能在不久的将来完全取代Python。Python 受益于庞大的生态系统、社区以及数据科学和 ML 领域的根深蒂固。充其量，Mojo可能会成为Python的补充语言，用于速度至关重要的地方。