编程范式 | 青训营笔记

课件内容

1. 课程介绍
2. 编程语言
3. 编程范式
4. 领域特定语言

课程介绍

JavaScript 是一种广泛用于客户端和服务器端编程的脚本语言。它通常用于网页开发，可以与HTML和CSS一起使用以实现动态效果和交互性。

课程收益

1. 了解不同编程范式的起源和适用场景
2. 掌握 JavaScript 在不同的编程范式特别是函数式编程范式的使用
3. 掌握创建领域特定语言的相关工具和模式

为什么需要编程语言

编程语言是用来描述计算机程序的一种人工语言。计算机只能理解机器语言，而编程语言可以将人类的思维转化为计算机可以理解的语言，并指示计算机执行一些任务。使用编程语言，可以让程序员写出各种应用程序、网站、游戏等软件，实现人类想象中各种场景的自动化处理和交互。因此，编程语言是现代计算机软件开发的必要基础。

编程语言

• 机器语言
  • 机器语言是一种由二进制数字组成的计算机程序语言，它是计算机硬件直接执行的编程语言，与人类通常使用的自然语言和高级编程语言不同。
• 汇编语言
  • 汇编语言是一种低级编程语言，通常用于计算机硬件或操作系统的底层编程。它将机器指令和数据指令转换为容易理解和使用的助记符，使程序员可以更方便地控制计算机的底层操作。
• 高级语言
  • 高级语言是一种类似于数学语言或人语的自然语言，不依赖于计算机硬件，程序具有通用性。我们所使用的C语言就是高级程序设计语言的一种。

C/C++

C

"中级语言" 过程式语言代表

• 可对位，字节、地址直接操作
• 代码和数据分离倡导结构化编程
• 功能齐全：数据类型和控制逻辑多样化
• 可移植能力强

C++

面向对象代表

• C with Classes
• 继承
• 权限控制
• 虚函数
• 多条

Lisp

函数式语言代表

• 与机器无关
• 列表：代码即数据
• 闭包

JavaScript

基于原型和头等函数的多范式语言

• 过程式
• 面向对象
• 函数式
• 响应式

小结

编程范式

什么是编程范式

程序语言特性

• 是否允许副作用
• 操作的执行顺序
• 代码组织
• 状态管理
• 语法和词法

常见编程范式

编程范式

• 命令式
  • 面向过程
  • 面向对象
• 声明式
  • 函数式
  • 响应式

过程式编程

• 自顶向下

• 结构化编程

  • 顺序结构
  • 选择结构
  • 循环结构

面向过程的问题

• 数据与算法关联弱
• 不利于修改和扩充
• 不利于代码重用

面向对象编程

• 封装
  • 关联数据与算法
• 继承
  • 无需重写的情况下进行功能扩充
• 多态
  • 不同的结构可以进行接口共享，进而达到函数复用
• 依赖注入
  • 去除代码耦合

面向对象五大原则

• 单一职责原则 SRP
  • 规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因，否则类应该被拆分，提出对象不应该承担太多职责，如果一个对象承担了太多的职责，至少存在以下两个缺点：
    1. 一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力
    2. 当客户端需要该对象的某一个职责时，不得不将其他不需要的职责全都包含进来，从而造成冗余代码或代码的浪费
  • 优点
    • 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责，其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多
    • 提高类的可读性。复杂性降低，自然其可读性会提高
    • 提高系统的可维护性。可读性提高，那自然更容易维护了
    • 变更引起的风险降低。变更是必然的，如果单一职责原则遵守得好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响
• 开放封闭原则 OCP
  • 软件实体（类、模块、函数等等）应该是可以扩展的，但是不可修改的
  • 对扩展开放，意味着有新的需求或变化时，可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况
  • 对修改封闭，意味着一旦设计完成，就可以独立完成其工作，而不要对类进行任何修改
• 里式替换原则 LSP
  • 核心思想就是在程序当中，如果将一个父类对象替换成它的子类对象后，该程序不会发生异常
  • 优点
    • 代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性
    • 提高代码的重用性
    • 子类可以形似父类，但又异于父类
    • 子与父的不同
    • 提高代码的可扩展性
    • 提高产品或项目的开放性
  • 缺点
    • 继承是侵入性的
    • 降低代码的灵活性
    • 增强了耦合性
• 依赖倒置原则 DIP
  • 高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象
  • 抽象不应该依赖细节
  • 细节应该依赖抽象
• 接口分离原则
  • 使用方不应该依赖于它不使用的方法

面向对象问题

总是附带着所以需要的隐含环境

函数式编程

• 函数是"第一等公民"
• 纯函数/无副作用
• 高阶函数/闭包

优势

• 可缓存
• 可移植
• 可测试
• 可推理
• 可并行

Functor

可以当做容器的类型，类型支持对容器内元素进行操作

Monad

可以去除嵌套容器的容器内容

Applicative

直接对两个容器直接操作

响应式编程

• 异步/离散的函数式编程
  • 数据流
  • 操作符
    • 过滤
    • 合并
    • 转化
    • 高阶

Observable

• 观察者模式
• 迭代器模式
• Promise/EventTarget 超集

操作符

响应式编程的"compose"

• 合并
• 过滤
• 转化
• 异常处理
• 多播

Monad

去除嵌套的 Observable

领域特定语言

什么是领域特定语言

• DSL：应用于特定领域的语言，例如
  • HTML
  • SQL

Lexer

SQL Token 分类

• 注释
• 关键字
• 操作符
• 空格
• 字符串
• 变量

Parser 语法规则

• 上下文无语法规则
  • 推导式
    • 表示 非终结符 到（非终结符或终结符）的关系
  • 终结符
    • 构成句子的实际内容，可以简单理解为词法分享中的token
  • 非终结符
    • 符合或变量的有限集合，它们表示在句子中不同类型的短语或子句
• LL
  • 从左到右检查，从左到右构建语法树
• LR
  • 从左到右检查，从右到左构建语法树