119 lines
11 KiB
Markdown
119 lines
11 KiB
Markdown
|
# 12 | 编程范式：明明写的是Java，为什么被人说成了C代码？
|
|||
|
|
|
|||
|
|
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
|
|||
|
|
|
|||
|
|
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（structured programming）；
|
|||
|
|
* 面向对象编程（object-oriented programming）；
|
|||
|
|
* 函数式编程（functional programming）。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
**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](https://time.geekbang.org/column/article/245868)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。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
* 结构化编程，限制使用goto语句，它是对程序控制权的**直接**转移施加了约束。
|
|||
|
|
* 面向对象编程，限制使用函数指针，它是对程序控制权的**间接**转移施加了约束。
|
|||
|
|
* 函数式编程，限制使用赋值语句，它是对程序中的**赋值**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。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 多范式编程
|
|||
|
|
|
|||
|
|
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](https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/linux/fs.h)，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++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++ 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。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 总结时刻
|
|||
|
|
|
|||
|
|
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**。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 思考题
|
|||
|
|
|
|||
|
|
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。
|
|||
|
|
|