编程范式简单总结
三大主流编程范式包括面向对象、面向过程和泛型编程。模板元编程将计算提前至编译期,提升类型安全与运行效率。函数式编程如数学思维,面向编译器。C++已发展为多范式语言,集多种编程思想于一身。
最常用的编程范式
计算机科学中主流的三大范式——面向对象、面向过程、泛型编程,几乎是每个开发者入门的必修课。而在工程业务框架里,事件驱动编程、并发编程和分布式编程则更常见,比如在VC、VB、Ja va框架中你都能看到它们的身影。
不过,还有一些“隐藏高手”——模板元编程和函数式编程,它们虽然优秀,但很少被广泛使用。下面重点聊聊这两个。
模板元编程:让编译器替你干活
模板元编程的核心思想是把计算和决策从运行时提前到编译期。它有几个关键特性:
首先是编译期类型检查。举个例子,如果一个容器设计为装A类对象,但后来有人试图把B类对象塞进去,编译器就会在编译阶段报错,而不是等到运行时报异常。这大大提升了代码的健壮性。
其次,提升编译期决策在整个决策过程中的地位。比如用到回调函数时,如果回调函数还没有声明,可以在使用时把声明传进去,让编译器帮你搞定。
效率也是模板元编程的一大亮点。由于大量信息在编译期就完成了计算和抉择,与不使用元编程的构件相比,前者在编译期就做掉了许多工作,比如类型转换、函数分派等,运行时的性能自然更高。
函数式编程:面向编译器的数学思维
以Lisp和Haskell为代表的函数式编程,本质上更像是一种数学,而不是传统意义上的编程。它从编译器语法树的角度出发,很像XML结构——自定义语法树,然后根据这些定义执行自己的解析逻辑和运算逻辑。因为面向编译器、面向理论,在工业界最近几十年都不会得到广泛应用,但对于训练编译思维却是绝佳的工具。
其实Lisp就是把语法直接按逆波兰式表示,更符合编译时构造的语法树。而且Lisp的数据也可能是一个指向代码的指针,可以更简单地进行传递。它既可以很复杂,也可以很简单。
更多的编程范式
除了上述这些,还有并发编程、约束编程、数据流编程、声明性编程、分布式编程、函数式编程、泛型编程、命令式编程、逻辑编程、元编程、面向对象编程等等。C++已经逐渐发展为一门多范式编程语言,集面向过程、面向对象、泛型编程、模板元编程、函数式编程等多种范式于一身。
回过头来看,这些编程思想本身并不是难题。更重要的,是为了提高解决问题的能力、为了做出优秀的产品,而去学习有用的工业界技术——无论是Ja va、Objective-C还是Python,都是很优秀的工具。关键在于,为了写出最优秀的产品,要选用最合适的语言和最合适的常用设计范式(常用是为了可读性强),而更重要的是优雅的设计架构、规范化的编程规则和不断重构。
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