編程範式與語言

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這篇文章是應“編程新思路”COP小組之邀，對編程範式做一個專題分享。主要是自己在讀書、學習、工作上的一些心得總結，能力有限，希望能拋磚引玉，一同探討。

為什麼要瞭解編程範式和語言
到目前為止，世界上約有2500種程式設計語言，其中一部分的族譜關係如下。

[圖片上傳中。。。（2）]
語言從世界觀上思考和影響軟體設計，不同範式看待設計的角度也迥然不同，比如命令範式語言以狀態（變數）抽象現實世界，對象範式語言以對象對象現實世界，函數範式語言以計算（函數）抽象現即時間。對現實問題的不同觀察視角，從根本上影響軟體開發人員的思考方式和對軟體設計的認識。
程式設計語言的產生和流行都有其時代背景，比如，
在早期機器語言開發的低效率之下，需要更高效率的程式語言，結構化設計思想應運而生，這一階段命令範式語言大放異彩，以C語言為傑出代表；
隨後，大規模軟體開發項目死亡率之高，讓人們重新思考總結軟體設計原則和思想，這時候面對對象設計思想脫穎而出，命令範式語言無法實踐這些新的軟體設計理念，新語言的產生勢在必然，這一段大量的對象範式語言湧現，其中C++、Java語言的接受度最為廣泛；
後來隨著多核CPU的推廣和分散式運算應用情境問題的湧現，為了將程式員從複雜的並發管理的焦油坑中解救出來，要求語言能提供一種合適的抽象機制對並發情境進行描述，這時候函數範式和並發方式終於吸引了眾人的目光，成為聚光燈下的寵兒，這其中erlang、golang語言的關注度最高；
然後，又發現在某些特定應用領域，通用語言無法完美地在問題域的抽象層次上進行描述，針對不同的問題域，產生了大量的特定領域語言。由於DSL比通用語言更簡單、更抽象、更專業、更接近自然語言，開發效率顯著提高。此外尤為關鍵的是，這種方式填補了專業程式員與業務分析員之間的鴻溝。

但是隨著軟體規模越來越大，需求越來越多，變更越來越快，為了管理快速膨脹的軟體複雜度，大量的語言、設計模式和架構湧現。面對這些新知識時，我們常常感到困惑：0）為什麼有這麼多新語言、新設計模式、新架構？1）如何快速的學習、掌握這些新語言、設計模式和架構，它們背後是否存在更普遍性的規律？2）基於A語言（如Java，Erlang）特性的設計模式如何借鑒並運用到B語言（如C）上？
從抽象語義的角度看，設計模式、架構、庫都是語言的一種外延，說的苛刻點，這些都是彌補語言缺陷的補丁。比如對於動態類型語言，類型像變數一樣使用，很多建立型設計模式就沒用了。對於函數式語言，函數像變數一樣使用，很多行為設計模式就沒用了。
通過深度學習編程範式和語言設計，才能撥開繁雜的設計模式迷霧，從語言的本源來瞭解軟體設計的本質和解決問題的思想和方法，讓我們快速把握語言的脈絡，進而提高我們軟體設計的能力和語感，加深理解設計模式、架構的意義。

編程範式**的差異**

編程範式的核心價值在於：突破原有的編程方式的某些限制，帶來新思維和新方法，從而進一步解放程式員的勞動力。編程範式匯總表格如下:

[圖片上傳中。。。（4）]

過程式編程世界觀是：程式是由若干行動指令組成的有序列表；其方法論是：用變數來儲存資料，用語句來執行指令,其設計思想就是結構化設計。擅長於面向使用者的，互動性強、多為事件驅動、商務邏輯複雜的應用。
函數式和邏輯式語言擅長基於數理邏輯的應用，如並發、人工智慧、符號處理、資料庫、編譯器等。函數式編程中的高階函數與基礎資料型別 (Elementary Data Type)平起平坐，故可將代碼作資料用，這是程式既簡潔又強大的原因之一。回調機制採用的正是函數式風格。
對象式雖然是在命令式的基礎上發展起來的，其本質就是將相關的函數用資料粘合，重新封裝後再貼上對象的標籤。對象式以對象為基本模組單位，而對象是現實中具體事物和抽象概念的類比，它更接近人類的認知模式，編程者更容易也更樂於用這種方式編程。過程式編程的理念是以過程為中心，自頂向下、逐步求精。對象式則正相反，以資料為中心，自底向上、逐步合并。
並髮式編程以進程為導向 （Process-Oriented）、以任務為中心將系統模組化。

編程範式舉例：
策略模式
python對象式實現

快排

erlang函數式實現qsort([]) -> [];qsort([H|T])-> qsort([LO || LO <- T, LO < H]) ++ [H] ++ qsort([HI || HI <- T, HI >= H]).

程式設計語言的共性

上一節，我們從宏觀角度上看語言，從2500種語言中總結出5種主要的編程範式。那麼從微觀角度看語言，是否也可以從2500種語言中，找出共性呢？答案是肯定的。
有一種觀點：軟體 = 資料 + 演算法。資料通過資料類型來描述，演算法通過控制來描述，所以不管語言如何層出不窮，所有語言的設計離不開2個基本面：控制流程和資料類型。並且為了提升其描述能力，提供了控制抽象和資料抽象。這是一個宏大的話題，這裡就不展開說，下面這張腦圖基本涵蓋了語言設計中控制流程、控制抽象、資料類型和資料抽象的核心問題和實現手段。

參考資料：

1. 《冒號課堂》
2. 《程式設計語言--實踐之路》第三版

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