编程范式

编程范式

托马斯.库尔提出“科学的革命”的范式论后,Robert Floyd 在 1979 年图灵奖的颁奖演说中使用了编程范式一词。编程范式一般包括三个方面,以 OOP 为例:

  • 学科的逻辑体系——规则范式:如 类/对象、继承、动态绑定、方法改写、对象替换等等机制。

  • 心理认知因素——心理范式:按照面向对象编程之父 Alan Kay 的观点,“计算就是模拟”。OO 范式极其重视隐喻(metaphor)的价值,通过拟人化,按照自然的方式模拟自然。

  • 自然观/世界观——观念范式:强调程序的组织技术,视程序为松散耦合的对象/类的组合,以继承机制将类组织成一个层次结构,把程序运行视为相互服务的对象之间的对话。

简单来说,编程范式是程序员看待程序应该具有的观点,代表了程序设计者认为程序应该如何被构建和执行的看法。编程范式是编程语言的一种分类方式,它并不针对某种编程语言。就编程语言而言,一种语言可以适用多种编程范式。

常见的编程范式有:命令式、过程式、说明式、面向对象、函数式、泛型编程等。事实上,凡是非命令式的编程都可归为声明式编程。因此,命令式、函数式和逻辑式是最核心的三种范式。为清楚起见,我们用一幅图来表示它们之间的关系。

与命令式编程相对的声明式编程(declarative programming)。顾名思义,声明式编程由若干规范(specification)的声明组成的,即一系列陈述句:‘已知这,求解那’,强调‘做什么’而非‘怎么做’。声明式编程是人脑思维方式的抽象,即利用数理逻辑或既定规范对已知条件进行推理或运算。

一些编程语言是专门为某种特定范式设计的,例如 C 语言是过程式编程语言;Smalltalk 和 Java 是较纯粹的面向对象编程语言;Haskell 是纯粹的函数式编程语言。另外一些编程语言和编程范式的关系并不一一对应,如 Python,Scala,Groovy 都支持面向对象和一定程度上的函数式编程。C++是多范式编程语言成功的典范。C++支持和 C 语言一样的过程式编程范式,同时也支持面向对象编程范式,STL(Standard Template Library)使 C++具有了泛型编程能力。支持多种范式可能是 C++直到现在仍然具有强大的生命力的原因之一。Swift 是一门典型的多范式编程语言,即支持面向对象编程范式,也支持函数式编程范式,同时还支持泛型编程。Swift 支持多种编程范式是由其创造目标决定的。

命令式编程

命令式编程的主要思想是关注计算机执行的步骤,即一步一步告诉计算机先做什么再做什么。从本质上讲,它是“冯.诺依曼机”运行机制的抽象,它的编程思想方式源于计算机指令的顺序排列。过程化语言模拟的是计算机机器的系统构造,而并不是基于语言的使用者的个人能力和倾向。

程序流程图是命令式语言进行程序编写的有效辅助手段。命令式语言特别适合解决线性(或者说按部就班)的算法问题。它强调“自上而下(自顶向下)”“精益求精”的设计方式。这种方式非常类似我们的工作和生活方式,因为我们的日常活动都是按部就班的顺序进行的。

命令式语言趋向于开发运行较快且对系统资源利用率较高的程序。命令式语言非常的灵活并强大,同时有许多经典应用范例,这使得程序员可以用它来解决多种问题。命令式语言的不足之处就是它不适合某些种类问题的解决,例如那些非结构化的具有复杂算法的问题。问题出现在,命令式语言必须对一个算法加以详尽的说明,并且其中还要包括执行这些指令或语句的顺序。实际上,给那些非结构化的具有复杂算法的问题给出详尽的算法是极其困难的。

命令式对实际事物处理一般可以拆分为以下两种模式:

  • 流程驱动:类似 一般就是主动轮询 在干活中还要分心 主动去找活干 这样有空余的时间也完全浪费掉了。采用警觉式者主动去轮询 ( polling),行为取决于自身的观察判断,是流程驱动的,符合常规的流程驱动式编程 ( Flow-Driven Programming)的模式。

  • 事件驱动:类似 比如公司有一个 oa 系统 你干完活的时候只需要看下 oa 系统有没分配给你活 没有可以干自己的事 不用担心还有其他事没干完采用托付式者被动等通知 (notification),行为取决于外来的突发事件,是事件驱动 的,符合事件驱动式编程 ( Event-Driven Programming,简称 EDP)的模式。

声明式编程

声明式编程是以数据结构的形式来表达程序执行的逻辑。它的主要思想是告诉计算机应该做什么,但不指定具体要怎么做。 SQL 语句就是最明显的一种声明式编程的例子,例如: SELECT * FROM collection WHERE num > 5 除了 SQL,网页编程中用到的 HTML 和 CSS 也都属于声明式编程。 通过观察声明式编程的代码我们可以发现它有一个特点是它不需要创建变量用来存储数据。 另一个特点是它不包含循环控制的代码如 for, while。 函数式编程和声明式编程是有所关联的,因为他们思想是一致的:即只关注做什么而不是怎么做。但函数式编程不仅仅局限于声明式编程。

链接