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1.什么是编程范式？

编程范式：Programming Paradigm。即模范的意思，范式即方式、方法，是一种典型的编程风格。说白了就是指从事软件工程的一种方法论。

C语言

C 语言诞生于 1972 年，到现在已经有 45 年的历史，在它之后，C++、Java、C# 等语言前仆后继，一浪高过一浪，都在试图解决那个时代的那个特定问题。我们不能去否定某个语言，但可以确定的是，随着历史的发展，每一门语言都还在默默迭代，不断优化和更新。同时，也会有很多新的编程语言带着新的闪光耀眼的特性出现在我们面前。

C语言有哪些特性呢？

1.C 语言是一个静态弱类型语言，在使用变量时需要声明变量类型，但是类型间可以有隐式转换；

2.不同的变量类型可以用结构体（struct）组合在一起，以此来声明新的数据类型；

3.C 语言可以用 typedef 关键字来定义类型的别名，以此来达到变量类型的抽象；

4.C 语言是一个有结构化程序设计、具有变量作用域以及递归功能的过程式语言；

5.C 语言传递参数一般是以值传递，也可以传递指针；

6.通过指针，C 语言可以容易地对内存进行低级控制，然而这加大了编程复杂度；

7.编译预处理让 C 语言的编译更具有弹性，比如跨平台。

C 语言的这些特性，可以让程序员在微观层面写出非常精细和精确的编程操作，让程序员可以在底层和系统细节上非常自由、灵活和精准地控制代码。

2.泛型编程

泛型编程来源于C语言中对于各种数据类型的适配问题，对类型的抽象，这就是所谓的泛型编程。

2.1 C语言泛型的实现

1.使用void *关键字 函数接口中增加了一个size参数 函数的实现中使用了memcpy()函数 函数的实现中使用了一个temp[size]数组 2.使用宏定义

2.2 C++解决了C语言中的哪些问题和不便？

1.用引用来解决指针的问题。 2.用 namespace 来解决名字空间冲突的问题。 3.通过 try-catch 来解决检查返回值编程的问题。 4.用 class 来解决对象的创建、复制、销毁的问题，从而可以达到在结构体嵌套时可以深度复制的内存安全问题。 5.通过重载操作符来达到操作上的泛型。 6.通过模板 template 和虚函数的多态以及运行时识别来达到更高层次的泛型和多态。 7.用 RAII、智能指针的方式，解决了 C 语言中因为需要释放资源而出现的那些非常 ugly 也很容易出错的代码的问题。 8.用 STL 解决了 C 语言中算法和数据结构的 N 多种坑。

2.3 C++的泛型如何实现？

1.通过类的方式来解决 类里面会有构造函数、析构函数表示这个类的分配和释放 还有它的拷贝构造函数，表示了对内存的复制 还有重载操作符，像我们要去比较大于、等于、不等于 2.通过模板达到类型和算法的妥协 模板有点像 DSL，模板的特化会根据使用者的类型在编译时期生成那个模板的代码 模板可以通过一个虚拟类型来做类型绑定，这样不会导致类型转换时的问题 3.通过虚函数和运行时类型识别 虚函数带来的多态在语义上可以支持“同一类”的类型泛型 运行时类型识别技术可以做到在泛型时对具体类型的特殊处理。

2.4类型系统

编程世界中的类型系统主要有两种：内建类型和抽象类型。

内建类型，如 int、float 和 char 等；抽象类型，如 struct、class 和 function 等。

在编程世界中建立类型系统有什么作用呢？

程序语言的安全性 利于编译器的优化 代码的可读性 抽象化

基于类型系统就衍生除了两类语言，静态类型语言和动态类型语言。所谓静态类型语言，就是有严格的类型声明，类型在声明出来后就不能随意改变了，如C、C++、Java；所谓的动态类型语言就是没有严格的类型声明，类型可以随意改变，如 Python、PHP、JavaScript 等。

类型的本质：

1.类型是对内存的一种抽象 不同的类型，会有不同的内存布局和内存分配的策略 2.不同的类型，有不同的操作 对于特定的类型，也有特定的一组操作

2.5泛型的本质

标准化掉类型的内存分配、释放和访问 标准化掉类型的操作。比如：比较操作，I/O 操作，复制操作…… 标准化掉数据容器的操作。比如：查找算法、过滤算法、聚合算法…… 标准化掉类型上特有的操作。需要有标准化的接口来回调不同类型的具体操作……

那么泛型的本质就是屏蔽掉数据和操作数据的细节，让算法更为通用，让编程者更多的关注算法的结构，而不是在算法中处理不同的数据类型。

3.函数式编程

函数式编程是个非常古老的概念，它的核心思想是将运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用，关注的是做什么而不是怎么做，因而被称为声明式编程。

以 Stateless（无状态）和 Immutable（不可变）为主要特点，代码简洁，易于理解，能便于进行并行执行，易于做代码重构，函数执行没有顺序上的问题，支持惰性求值，具有函数的确定性——无论在什么场景下都会得到同样的结果。

3.1什么叫函数式编程？

定义输入数据和输出数据相关的关系，数学表达式里面其实是在做一种映射（mapping），输入的数据和输出的数据关系是什么样的，是用函数来定义的。

3.2函数式编程的特征

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，打个比方，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。

3.3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。

3.4好处

惰性求值

表达式在绑定的时候是不会没有求值的，只有在显示调用的时候才会真正求值

确定性

对于结果是确定的，不过在何种场景下

3.5劣势

数据复制比较严重。

3.6各语言对函数式编程的支持程度

完全纯函数式 Haskell

容易写纯函数 F#, Ocaml, Clojure, Scala

纯函数需要花点精力 C#, Java, JavaScript

3.7函数式编程用到的技术

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

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。

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。

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。

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。

3.8修饰器模式

l 修饰器模式就是扩展现有的一个函数的功能，让它可以干一些其他的事，或是在现有的函数功能上再附加上一些别的功能。

l Decorator 这个函数其实是可以修饰几乎所有的函数的。于是，这种可以通用于其它函数的编程方式，可以很容易地将一些非业务功能的、属于控制类型的代码给抽象出来（所谓的控制类型的代码就是像 for-loop，或是打日志，或是函数路由，或是求函数运行时间之类的非业务功能性的代码）。

4.面向对象编程

面向对象编程是我们Java程序员最熟悉不过的了，关于对面向对象的讲解大家可以看看我之前发的视频，里面有很详细的讲解，这里就不再重复了。

4.1面向对象编程范式的定义

面向对象编程是一种具有对象概念的程序编程范型，同时也是一种程序开发的抽象方针，它可能包含数据、属性、代码与方法。

它将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高软件的可重用性、灵活性和可扩展性，对象里的程序可以访问及修改对象相关联的数据。在面向对象编程里，计算机程序会被设计成彼此相关的对象。

4.2三大特性

封装

继承

多态

4.3优点

l 能和真实的世界交相辉映，符合人的直觉。 l 面向对象和数据库模型设计类型，更多地关注对象间的模型设计。 l 强调于“名词”而不是“动词”，更多地关注对象和对象间的接口。 l 根据业务的特征形成一个个高内聚的对象，有效地分离了抽象和具体实现，增强了可重用性和可扩展性。 l 拥有大量非常优秀的设计原则和设计模式。 l S.O.L.I.D（单一功能、开闭原则、里氏替换、接口隔离以及依赖反转，是面向对象设计的五个基本原则）、IoC/DIP……

4.4缺点

l 代码都需要附着在一个类上，从一侧面上说，其鼓励了类型。 l 代码需要通过对象来达到抽象的效果，导致了相当厚重的“代码粘合层”。 l 因为太多的封装以及对状态的鼓励，导致了大量不透明并在并发下出现很多问题。

4.5基于原型（Prototype）的编程

基于原型（Prototype）的编程其实也是面向对象编程的一种方式。没有 class 化的，直接使用对象。又叫，基于实例的编程。其主流的语言就是 JavaScript。

5.编程本质和逻辑编程

5.1编程的本质

Programs = Algorithms + Data Structures（编程=算法+数据结构）

Algorithm = Logic + Control（算法=逻辑+控制）

根据上面两条公式我们可以得出最终的公式：

Program = Logic + Control + Data Structure

编程范式的本质就是：有效地分离 Logic、Control 和 Data 是写出好程序的关键所在！

l 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 l 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。 l 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。

代码复杂度的原因：

1．业务逻辑的复杂度决定了代码的复杂度；

2．控制逻辑的复杂度 + 业务逻辑的复杂度 ==> 程序代码的混乱不堪；

3．绝大多数程序复杂混乱的根本原因：业务逻辑与控制逻辑的耦合。

如何分离 control 和 logic 呢？我们可以使用下面的这些技术来解耦。

State Machine

状态定义 状态变迁条件 状态的 action

DSL – Domain Specific Language

HTML，SQL，Unix Shell Script，AWK，正则表达式……

编程范式

面向对象：委托、策略、桥接、修饰、IoC/DIP、MVC…… 函数式编程：修饰、管道、拼装 逻辑推导式编程：Prolog

这就是编程的本质：

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）

5.2逻辑编程范式

Prolog（Programming in Logic）是一种逻辑编程语言，它创建在逻辑学的理论基础之上，最初被运用于自然语言等研究领域。现在它已被广泛地应用在人工智能的研究中，可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。

逻辑编程是靠推理

逻辑编程的几个步骤：

1.先定义一个规则：哲学家是人类。 2.然后陈述事实：苏格拉底、亚里士多德、柏拉图都是哲学家。 3.然后，我们问，谁是人类？于是就会输出苏格拉底、亚里士多德、柏拉图。

逻辑编程的特征：

逻辑编程的要点是将正规的逻辑风格带入计算机程序设计之中。 逻辑编程建立了描述一个问题里的世界的逻辑模型。 逻辑编程的目标是对它的模型建立新的陈述。 通过陈述事实——因果关系。 程序自动推导出相关的逻辑。

总结：

Prolog 这种逻辑编程，把业务逻辑或是说算法抽象成只关心规则、事实和问题的推导这样的标准方式，不需要关心程序控制，也不需要关心具体的实现算法。只需要给出可以用于推导的规则和相关的事实，问题就可以被通过逻辑推导来解决掉。

最后用一张图总结我们的编程范式。

编程范式