你好!我是郑晔。
在上一个小模块,我给你讲了程序设计语言,帮助你重新审视一下自己最熟悉的日常工具。但是,使用程序设计语言是每个程序员都能做到的,可写出的程序却是千差万别的。这一讲,我们就来看看这些差异到底是怎样造成的。
在开始之前,我先给你讲一个小故事。
在一次代码评审中,小李兴致勃勃地给大家讲解自己用心编写的一段代码。这段代码不仅实现了业务功能,还考虑了许多异常场景。所以,面对同事们提出的各种问题,小李能够应对自如。
在讲解的过程中,小李看到同事们纷纷点头赞许,心中不由得生出一丝骄傲:我终于写出一段拿得出手的代码了!讲解完毕,久久未曾发言的技术负责人老赵站了起来:“小李啊!你这段代码从功能上来说,考虑得已经很全面了,这段时间你确实进步很大啊!”
要知道,老赵的功力之深是全公司人所共知的。能得到老赵的肯定,对小李来说,那简直是莫大的荣耀。还没等小李窃喜的劲过去,老赵接着说了,“但是啊,写代码不能只考虑功能,你看你这代码写的,虽然用的是Java,但写出来的简直就是C代码。”
正在兴头上的小李仿佛被人当头泼了一盆冷水,我用的是Java啊!一门正经八百的面向对象程序设计语言,咋就被说成写的是C代码了呢?
“你看啊!所有的代码都是把字段取出来计算,然后,再塞回去。各种不同层面的业务计算混在一起,将来有一点调整,所有的代码都得跟着变。”老赵很不客气地说。还没缓过神来的小李虽然想辩解,但他知道老赵说得是一针见血,指出的问题让人无法反驳。
在实际的开发过程中,有不少人遇到过类似的问题。老赵的意思并不是小李的代码真就成了C代码,而是说用Java写的代码应该有Java的风格,而小李的代码却处处体现着C的风格。
那这里所谓代码的风格到底是什么呢?它就是编程范式。
编程范式(Programming paradigm),指的是程序的编写模式。使用了什么编程范式,通常意味着,你主要使用的是什么样的代码结构。从设计的角度说,编程范式决定了你在设计的时候,可以使用的元素有哪些。
现在主流的编程范式主要有三种:
结构化编程,是大部分程序员最熟悉的编程范式,它通过一些结构化的控制结构进行程序的构建。你最熟悉的控制结构应该就是if/else这样的选择结构和do/while这样的循环结构了。
结构化编程是最早普及的编程范式,现在最典型的结构化编程语言是C语言。C语言控制结构的影响极其深远,成为了很多程序设计语言的基础。
面向对象编程,是现在最主流的编程范式,它的核心概念就是对象。用面向对象风格写出的程序,本质上就是一堆对象之间的交互。面向对象编程给我们提供了一种管理程序复杂性的方式,其中最重要的概念就是多态(polymorphism)。
现在主流的程序设计语言几乎都提供面向对象编程能力,其中最典型的代表当属Java。
函数式编程,是近些年重新崛起的编程范式。顾名思义,它的核心概念是函数。但是,它的函数来自于数学里面的函数,所以,和我们常规理解的函数有一个极大的不同:不变性。也就是说,一个符号一旦创建就不再改变。
函数式编程的代表性语言应该是LISP。我们在第8讲曾经提到过它。之所以要把这位老祖宗搬出来,因为确实还没有哪门函数式编程语言能够完全独霸一方。
编程范式不仅仅是提供了一个个的概念,更重要的是,它对程序员的能力施加了约束。
之后讲到具体的编程范式时,我们再来展开讨论,这些约束到底是什么意思。
与其说这些编程范式是告诉你如何编写程序,倒不如说它们告诉你不要怎样做。理解这一点,你才算是真正理解了这些编程范式。
如果你去搜索编程范式的概念,你可能会找到更多的编程范式,比如,逻辑式编程,典型的代表是Prolog语言。但这些编程范式的影响力和受众面都相当有限。如果你想扩展自己的知识面,可以去了解一下。
从道理上讲,编程范式与具体语言的关系不大,这就好比你的思考与用什么语言表达是无关的。但在实际情况中,每一种语言都有自己的主流编程范式。比如,C语言主要是结构化编程,而 Java主要是面向对象编程。
不过,虽然每种语言都有自己的主流编程范式,但丝毫不妨碍程序员们在学习多种编程范式之后,打破“次元壁”,将不同编程范式中的优秀元素吸纳进来。这里的重点是“优秀”,而非“所有”。
举个例子,在Linux的设计中,有一个虚拟文件系统(Virtual File System,简称 VFS)的概念,你可以把它理解成一个文件系统的接口。在所有的接口中,其中最主要的是file_operations,它就对应着我们熟悉的各种文件操作。
下面是这个结构的定义,这个结构很长,我从中截取了一些我们最熟悉的操作:
struct file_operations {loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);...}
如果你要开发一个自己的文件系统,只需要把支持的接口对应着实现一遍,也就是给这个结构体的字段赋值。
我们换个角度看,这个结构体主要的字段都是函数指针,文件系统展现的行为与这些函数的赋值息息相关。只要给这个结构体的字段赋值成不同的参数,也就是把不同的函数关联上,这个文件系统就有了不同的行为。如果熟悉面向对象编程,你会发现,这不就是多态吗?
C是一门典型的结构化编程语言,而VFS的设计展现出来的却是面向对象编程的特点,编程范式的“次元壁”在这里被打破了。
事实上,类似的设计还有很多,比如,Java里有一个著名的基础库,Google出的Guava。它里面就提供了函数式编程的基础设施。在Java 8之前,Java在语法上并不支持函数式编程,但这并不妨碍我们通过类模拟出函数。
配合着Guava提供的基础设施,我很早就开始把函数式编程的方式运用在Java中了。同样,C加加有一个functor的概念,也就是函数对象,通过重载 () 这个运算符,让对象模拟函数的行为。
无论是在以结构化编程为主的语言中引入面向对象编程,还是在面向对象为主的语言中引入函数式编程,在一个程序中应用多种编程范式已经成为了一个越来越明显的趋势。
不仅仅是在设计中,现在越来越多的程序设计语言开始将不同编程范式的内容融合起来。Java从Java 8开始引入了Lambda语法,现在我们可以更优雅地写出函数式编程的代码了。同样,C加加 11开始,语法上也开始支持Lambda了。
之所以多范式编程会越来越多,是因为我们的关注点是做出好的设计,写出更容易维护的代码,所以,我们会尝试着把不同编程风格中优秀的元素放在一起。比如,我们采用面向对象来组织程序,而在每个类具体的接口设计上,采用函数式编程的风格,在具体的实现中使用结构化编程提供的控制结构。
让我们回过头,看看开篇故事小李的委屈吧!老赵之所以批评小李,关键点就是小李并没有把各种编程范式中优秀的元素放到一起。Java是提供对面向对象的支持,面向对象的强项在于程序的组织,它归功的设计元素应该是对象,程序应该是靠对象的组合来完成,而小李去把它写成了平铺直叙的结构化代码,这当然是不值得鼓励的。
对于今天的程序员来说,学习不同的编程范式,将不同编程范式中的优秀元素应用在我们日常的软件设计之中,已经由原来的可选项变成了现在的必选项。否则,你即便拥有强大的现代化武器,也只能用作古代的冷兵器。
今天,我们今天讨论了编程范式。编程范式指的是程序的编写模式。现在主流的编程范式主要有三种:结构化编程、面向对象编程和函数式编程。编程范式对程序员的能力施加了约束,理解编程范式的一个关键点在于,哪些事情不要做。
从道理上讲,编程范式与具体语言的关系不大,但很多语言都有着自己主流的编程范式。但现在的一个趋势是,打破编程范式的“次元壁”,把不同编程范式中优秀的元素放在一起。
一方面,我们可以通过设计,模拟出其他编程范式中的元素,另一方面,程序设计语言的发展趋势也是要融合不同编程范式中优秀的元素。学习不同的编程范式,已经成为每个程序员的必修课。
在接下来的几讲里,我们就来深入地讨论一下各种编程范式。
如果今天的内容你只能记住一件事,那请记住:学习不同的编程范式,将其中优秀的元素运用在日常工作中。
今天我们谈到了编程范式,每个程序员都会有自己特别熟悉的编程范式,但今天我想请你分享一下,你在学习其他编程范式时,给你思想上带来最大冲击的内容是什么。欢迎在留言区分享你的想法。
感谢阅读,如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话,也欢迎把它分享给你的朋友。