编程范式总结

笔记：

第一部分：泛型编程，
讨论了从 C 到 C++ 的泛型编程方法，并系统地总结了编程语言中的类型系统和泛型编程的本质。

 

我们可以看到，无论是传统世界，还是编程世界，我们都在干一件事情，什么事呢？那就是通过使用一种更为通用的方式，用另外的话说就是抽象和隔离，让复杂的“世界”变得简单一些。

然而，要做到抽象，对于 C 语言这样的类型语言来说，首当其冲的就是抽象类型，这就是所谓的——泛型编程。

 

程序 = 算法 + 数据

 

理想情况下，算法应是和数据结构以及类型无关的，各种特殊的数据类型理应做好自己分内的工作。算法只关心一个标准的实现。

 

类型系统

类型带来的问题就是我们作用于不同类型的代码，虽然长得非常相似，但是由于类型的问题需要根据不同版本写出不同的算法，如果要做到泛型，就需要涉及比较底层的玩法。

我们需要清楚地知道，无论哪种程序语言，都逃避免不了一个特定的类型系统。哪怕是可随意改变变量类型的动态类型的语言，我们在读代码的过程中也需要脑补某个变量在运行时的类型。

所以，每个语言都需要一个类型检查系统。

• 静态类型检查是在编译器进行语义分析时进行的。如果一个语言强制实行类型规则（即通常只允许以不丢失信息为前提的自动类型转换），那么称此处理为强类型，反之称为弱类型。

• 动态类型检查系统更多的是在运行时期做动态类型标记和相关检查。所以，动态类型的语言必然要给出一堆诸如：is_array(), is_int(), is_string() 或是 typeof() 这样的运行时类型检查函数。

 

范型的本质

我理解其本质就是 —— 屏蔽掉数据和操作数据的细节，让算法更为通用，让编程者更多地关注算法的结构，而不是在算法中处理不同的数据类型。

 

 

第二部分：函数式编程，
讲述了函数式编程用到的技术，及其思维方式，并通过 Python 和 Go 修饰器的例子，展示了函数式编程下的代码扩展能力，以及函数的相互和随意拼装带来的好处。

函数式编程有以下特点。

特征

• stateless：函数不维护任何状态。函数式编程的核心精神是 stateless，简而言之就是它不能存在状态，你给我数据我处理完扔出来，里面的数据是不变的。
• immutable：输入数据是不能动的，动了输入数据就有危险，所以要返回新的数据集。

优势

• 没有状态就没有伤害。
• 并行执行无伤害。
• Copy-Paste 重构代码无伤害。
• 函数的执行没有顺序上的问题。

因为没有状态，所以代码在并行上根本不需要锁（不需要对状态修改的锁），所以可以拼命地并发，反而可以让性能很不错。比如：Erlang 就是其中的代表。

 

下面是函数式编程用到的一些技术。

• first class function（头等函数） ：这个技术可以让你的函数就像变量一样来使用。也就是说，你的函数可以像变量一样被创建、修改，并当成变量一样传递、返回，或是在函数中嵌套函数。

• tail recursion optimization（尾递归优化） ： 我们知道递归的害处，那就是如果递归很深的话，stack 受不了，并会导致性能大幅度下降。因此，我们使用尾递归优化技术——每次递归时都会重用 stack，这样能够提升性能。当然，这需要语言或编译器的支持。Python 就不支持。

• map & reduce ：这个技术不用多说了，函数式编程最常见的技术就是对一个集合做 Map 和 Reduce 操作。这比起过程式的语言来说，在代码上要更容易阅读。（传统过程式的语言需要使用 for/while 循环，然后在各种变量中把数据倒过来倒过去的）这个很像 C++ STL 中 foreach、find_if、count_if 等函数的玩法。

• pipeline（管道）：这个技术的意思是，将函数实例成一个一个的 action，然后将一组 action 放到一个数组或是列表中，再把数据传给这个 action list，数据就像一个 pipeline 一样顺序地被各个函数所操作，最终得到我们想要的结果。

• recursing（递归） ：递归最大的好处就简化代码，它可以把一个复杂的问题用很简单的代码描述出来。注意：递归的精髓是描述问题，而这正是函数式编程的精髓。

• currying（柯里化） ：将一个函数的多个参数分解成多个函数， 然后将函数多层封装起来，每层函数都返回一个函数去接收下一个参数，这可以简化函数的多个参数。在 C++ 中，这很像 STL 中的 bind1st 或是 bind2nd。

• higher order function（高阶函数）：所谓高阶函数就是函数当参数，把传入的函数做一个封装，然后返回这个封装函数。现象上就是函数传进传出，就像面向对象对象满天飞一样。这个技术用来做 Decorator 很不错。

函数式编程关注的是：describe what to do, rather than how to do it。于是，我们把以前的过程式编程范式叫做 Imperative Programming – 指令式编程，而把函数式编程范式叫做 Declarative Programming – 声明式编程。

函数式语言有三套件，Map、Reduce 和 Filter

 

 

 

 

第三部分：面向对象编程，
讲述与传统的编程思想相反，面向对象设计中的每一个对象都应该能够接受数据、处理数据并将数据传达给其它对象，列举了面向对象编程的优缺点，基于原型的编程范式，以及 Go 语言的委托模式。

两个面向对象的核心理念。

• "Program to an ‘interface’, not an ‘implementation’."
  • 使用者不需要知道数据类型、结构、算法的细节。
  • 使用者不需要知道实现细节，只需要知道提供的接口。
  • 利于抽象、封装、动态绑定、多态。
  • 符合面向对象的特质和理念。
• "Favor ‘object composition’ over ‘class inheritance’."
  • 继承需要给子类暴露一些父类的设计和实现细节。
  • 父类实现的改变会造成子类也需要改变。
  • 我们以为继承主要是为了代码重用，但实际上在子类中需要重新实现很多父类的方法。
  • 继承更多的应该是为了多态。

 

 

 

 

 

第四部分：编程本质和逻辑编程

• Programs = Algorithms + Data Structures
• Algorithm = Logic + Control

Program = Logic + Control + Data Structure

• Control 是可以标准化的。比如：遍历数据、查找数据、多线程、并发、异步等，都是可以标准化的。

• 因为 Control 需要处理数据，所以标准化 Control，需要标准化 Data Structure，我们可以通过泛型编程来解决这个事。

• 而 Control 还要处理用户的业务逻辑，即 Logic。所以，我们可以通过标准化接口 / 协议来实现，我们的 Control 模式可以适配于任何的 Logic。

上述三点，就是编程范式的本质。

有效地分离 Logic、Control 和 Data 是写出好程序的关键所在！

 

先探讨了编程的本质：逻辑部分才是真正有意义的，控制部分只能影响逻辑部分的效率，然后结合 Prolog 语言介绍了逻辑编程范式，最后对程序世界里的编程范式进行了总结，对比了它们之间的不同。

 

 

 

• Logic 部分才是真正有意义的（What）
• Control 部分只是影响 Logic 部分的效率（How）

 

程序世界里的编程范式：