托马斯●库尔提出“科学的革命”的范式论后，Robert Floyd在1979年图灵奖的颁奖演说中使用了编程范式一词。
编程范式是计算机编程中的基本思想和方法论，它描述了不同的编程风格和抽象层次。 随着计算机科学的不断发展，编程范式也在不断演进和扩展，从最早的命令式编程到面向对象、声明式和函数式编程等不同的范式相继涌现。
编程范式一般包括三个方面：
- 学科的逻辑体系，即规则范式；
- 心理认知因素，即心理范式；
- 自然观/世界观，即观念范式
编程范式就是编程世界里的一种特定风格或思维方式，就像做菜有川菜、粤菜一样，编程也有不同的做法；就像画画的流派一样，它决定了你写代码的方法和思路。
编程范式不局限于某一种编程语言，一种语言可以适用多种编程范式，就像同样的食材可以做出川菜或粤菜，同一片风景可以用油画或水彩。
特别提醒的是，每一种编程范式都有其优点和适用场景，没有哪一种编程范式是适合所有问题的。
一、命令式编程
命令式编程(Imperative Programming Paradigm) 是计算机编程中最早出现的编程范式之一。这个时期使用的还是机器语言与汇编语言。它的核心思想是通过一步步的指令来描述计算机执行的过程。
在命令式编程中，程序员需要详细指定计算机执行的每一个操作，包括控制流程、数据存储和处理。
主要特点和特征：
- 易于理解：命令式编程以类似于自然语言的形式描述计算机执行的过程，因此易于理解和阅读。
- 易于实现：由于命令式编程描述的是计算机的具体执行过程，因此易于在计算机上实现。
- 顺序执行：在命令式编程中，计算机按照给定的顺序依次执行指令，从上到下逐行执行。
- 可变状态：命令式编程中，计算机内部的状态可以被修改，程序可以通过改变变量的值来改变计算的结果。
- 控制流程：命令式编程使用条件语句（如if-else）和循环语句（如for和while）来控制计算机的执行流程。
尽管命令式编程易于理解和实现，但在面对复杂的问题时，往往会导致代码冗长且难以维护。
二、结构化编程
结构化编程(Structured Programming Paradigm) 旨在提高程序的可读性和可维护性。它主要通过引入结构化控制流程（顺序、选择、循环）来改进传统的无限制的GOTO语句，使得程序的逻辑结构更加清晰和易于理解。
主要特点和原则：
- 顺序结构：结构化编程中，程序的执行按照代码的书写顺序逐行执行。每一行代码执行完后，程序自动进入下一行的执行。这样确保了程序逻辑的连续性和一致性。
- 选择结构：结构化编程引入条件语句（如if-else语句），根据条件的真假来决定程序的执行路径。这样可以根据不同的条件执行不同的代码块，提高程序的灵活性。
- 循环结构：结构化编程支持循环语句（如for和while循环），使得代码块可以重复执行，减少了代码的冗余和重复。
- 前进式设计：结构化编程倡导程序设计时采用前进式设计，即从上到下依次设计代码，而不是通过跳转语句来改变程序的执行流程。这样有利于程序的理解和维护。
结构化编程范式的典型代表是Dijkstra的"结构化程序设计"（Structured Programming）理论。在20世纪60年代末和70年代初，Dijkstra等人提出了结构化程序设计理论，将结构化控制流程作为编程的基本单元，以取代过去不受限制的GOTO语句。
结构化编程范式对编程的进步做出了重要贡献，它使得程序的逻辑更加清晰和易于理解，提高了代码的可读性和可维护性。尽管现代编程语言和编程范式已经发展到更高级的层面，但结构化编程的基本思想仍然被广泛应用于编程实践中。
面向过程编程
一种基于过程（也称为函数或例程）的编程范式，它通过将程序分解为一系列过程来解决问题。这种编程范式的代表性语言是 C 语言。
面向过程编程(Procedural Programming) 提高了编程效率，但是它的抽象能力还不足以处理复杂的软件项目。在面向过程编程中，数据和操作数据的过程是分离的，这使得数据的封装和抽象变得困难。
结构化编程与面向过程编程的关系
- 结构化编程是一种编程范式，它强调使用顺序、选择（如if-else语句）和迭代（如循环）等控制结构来构建程序，避免使用非结构化的控制流，如goto语句。这种范式的目标是提高代码的可读性和可维护性。
- 面向过程编程也是一种编程范式，它将程序视为一系列执行计算、处理数据的过程（函数或子程序）。在面向过程编程中，程序被分解为一系列函数，每个函数执行特定的任务。
结构化编程可以被视为面向过程编程的一个子集或特化。面向过程编程包含了结构化编程的原则，但不限于这些原则。 换句话说，所有的结构化程序都是面向过程的，但并非所有的面向过程程序都是结构化的。 面向过程编程可能包含复杂的控制流，而结构化编程则严格限制了这些控制流，以确保程序的逻辑清晰和结构化。
一个简单的比喻来理解：组织一场生日派对。
面向过程编程就是，你有一个详细的派对筹备清单，上面列出了所有步骤，比如“购买蛋糕”、“发送邀请函”、“布置场地”等。你按照这个清单一步一步执行，直到派对准备就绪。这就像面向过程编程，你关注于具体的步骤和过程，将程序分解成一系列函数或过程，然后按顺序执行。
三、面向对象编程
面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP） 是一种基于对象（即数据和操作数据的方法的组合）的编程范式，它将程序中的数据和对数据的操作封装成对象，并通过类描述对象的行为和属性。面向对象编程强调对象的概念，通过封装、继承和多态等特性来实现数据的抽象和复用。这种编程范式的代表性语言有 C++、Java 和 Python。
主要特点和原则：
- 对象：对象是面向对象编程的核心概念，代表现实世界中的实体和其行为。对象具有状态（属性）和行为（方法）。
- 类：类是对象的抽象描述，是一种模板或蓝图，用于创建对象。一个类可以创建多个对象，这些对象都具有相同的属性和行为。
- 封装：封装是将对象的状态和行为封装在一起，对外部隐藏对象的内部实现细节。只暴露必要的接口，提供更好的数据保护和安全性。
- 继承：继承是面向对象编程中实现代码复用的一种机制。子类可以继承父类的属性和行为，并可以在此基础上添加新的特性。
- 多态：多态允许一个方法在不同的对象上执行不同的操作，提高了代码的灵活性和可扩展性。通过继承和接口，可以实现运行时多态性。
面向对象编程大大提高了软件的复杂性管理能力，它成为了商业软件开发的主流编程范式。然而，面向对象编程也有其局限性。例如，它对状态的管理可能导致复杂性的增加，同时它也不适合处理某些特定的问题，例如并行和分布式计算。
面向对象编程该怎么组织一场生日派对？
想象你将派对的每个元素都视为一个“对象”，比如“蛋糕”、“客人”、“场地”。每个对象都有自己的属性和行为。例如，“蛋糕”对象有“大小”和“口味”属性，以及“装饰”行为。你通过创建这些对象并让它们交互来组织派对。
四、函数式编程
函数式编程的理念可以追溯到 lambda 演算，这是一种在 1930 年代由 Alonzo Church 提出的数学计算模型。
函数式编程(Functional Programming) 是一种基于函数和不可变数据的编程范式，它强调函数的组合和数据流的变换。它将计算视为数学函数的计算，并避免使用可变状态和改变状态的操作。函数式编程强调使用纯函数（Pure Function），即对于相同的输入，总是产生相同的输出，不会对外部环境产生副作用。函数式编程主要依赖于高阶函数、匿名函数、递归和惰性求值等特性。这种编程范式的代表性语言有 Lisp、Scheme、Haskell 和 Clojure。
主要特点和原则：
- 纯函数：函数式编程鼓励使用纯函数，避免副作用和状态改变。纯函数不依赖于外部状态，只依赖于输入，并返回输出，对于相同的输入总是产生相同的输出。
- 不可变性：函数式编程中，数据一旦创建就不能再修改。变量和数据结构都是不可变的，而不是可变的。
- 高阶函数：函数式编程支持高阶函数，即函数可以作为参数传递给其他函数，也可以返回其他函数。
- 递归：函数式编程常常使用递归来进行迭代和循环操作，而不是使用循环结构。
- 惰性求值：函数式编程通常采用惰性求值（Lazy Evaluation），只有在需要结果时才进行计算。
函数式编程在数学中有很强的理论基础，尤其是λ演算（Lambda Calculus）。函数式编程在处理数据和并发编程方面有一些优势，并且能够更好地处理大规模和分布式计算。
函数式编程提供了一种全新的视角来思考和解决问题。由于其对副作用的控制和对并行计算的天然支持，函数式编程适合处理并行和分布式计算，以及数据分析和处理等问题。然而，函数式编程的学习曲线较陡峭，同时它也不适合处理所有类型的问题。
函数式编程该怎么组织一场生日派对？
想象你有一个派对筹备的 “魔法书” ，里面包含了各种魔法咒语，每个咒语都能直接变出你需要的东西。你不需要关心咒语是如何工作的，只需要在正确的时机念出正确的咒语。这就像函数式编程，你使用函数作为构建块，强调函数的输入和输出，不改变状态，不依赖于外部状态。
函数式编程在声明式编程(在后面会介绍)基础上更进一步，将函数作为第一公民。
函数式编程是在声明式编程基础之上发展的，也是为了把一件事情描述清楚，关注结果而不管具体实现细节，并且将函数作为一等公民，可以出现在任何地方，可以作为函数的参数，也可以作为函数的返回值。
命令式：西红柿炒鸡蛋，先炒鸡蛋，再炒西红柿，最后两个一起炒。
声明式：老板，来个西红柿炒鸡蛋。
函数式：打开美团，下订单，小哥取餐，餐厅炒鸡蛋。
对象式：鸡蛋打碎、搅拌、放盐；西红柿洗净、切好备用；锅加热、放油、放鸡蛋、放西红柿；使用铲子翻炒，使用盘子盛菜。
| 编程范式 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 面向过程编程 | 易于理解和实现；适合小型项目和简单应用； | 难以管理复杂和大型代码库；代码复用度较低；状态管理分散，容易导致错误和数据不一致 |
| 面向对象编程 | 易于管理大型应用，提高代码复用；增强代码的可维护性和可扩展性 | 可能导致过度设计，增加系统复杂性；性能上可能会有些损失 |
| 面向函数编程 | 代码通常更简洁，更易于推理；有助于并发编程；容易进行单元测试和调试 | 学习曲线可能相对较陡；在某些问题上可能不如其他范式直观 |
五、逻辑式编程
逻辑式编程(Logic Programming) 是一种基于逻辑推理的编程方法。在逻辑式编程中，程序员描述问题的逻辑规则和关系，而不是显式指定计算步骤。程序通过逻辑推理来求解问题，即根据已知的逻辑规则和事实推导出结果。
主要特点和原则：
- 声明式编程：逻辑式编程是一种声明式编程范式，程序员描述问题的逻辑关系，而不是指定计算的具体步骤。
- 规则和事实：逻辑式编程使用一组规则（规则库）和已知的事实来求解问题。程序员提供问题的逻辑规则和初始事实，然后系统根据这些规则和事实进行逻辑推理。
- 逻辑推理：逻辑式编程使用逻辑推理技术来从已知的规则和事实中推导出新的结论。它尝试通过逻辑推理来找到问题的解决方案。
- 形式化：逻辑式编程的规则和事实通常是形式化的，采用一种形式逻辑（如谓词逻辑）来表达问题的逻辑关系。
逻辑式编程的代表性语言包括Prolog（PROgramming in LOGic）和Datalog。在这些语言中，程序员描述问题的逻辑规则和事实，然后通过查询来获取结果。逻辑式编程在人工智能、数据库查询、自然语言处理等领域得到广泛应用。
六、泛型编程
泛型编程(Generic Programming Paradigm) 实现通用、灵活的数据结构和算法，提高代码的复用性和可扩展性。泛型编程通过参数化类型和算法来实现通用性，使得程序员可以编写一次代码，然后在不同的数据类型上重复使用。
主要特点和原则：
- 参数化类型：泛型编程使用参数化类型，也称为泛型，来表示通用的数据类型。这使得可以编写适用于多种数据类型的代码，而不需要为每种数据类型编写特定的实现。
- 数据结构和算法：泛型编程通常应用于数据结构和算法的实现。通过泛型，可以在同一份代码中处理不同类型的数据，从而提高代码的复用性。
- 类型安全：泛型编程在编译时进行类型检查，确保代码的类型安全性。这样可以避免在运行时出现类型错误。
- 适用于多种数据类型：泛型编程可以适用于不同的数据类型，包括基本数据类型和自定义数据类型。
泛型编程的代表性语言包括C++和Java。在这些语言中，泛型可以通过模板（Template）机制（C++）或泛型类和泛型方法（Java）来实现。
七、并发编程
随着多核处理器的普及和大规模分布式系统的出现，并发编程变得越来越重要。
并发编程(Concurrent Programming Paradigm) 是一种基于并发和通信的编程范式，它通过创建并行的计算单元和使用通信机制来解决问题，充分利用多核处理器和分布式计算环境的优势，使得程序能够更加高效地利用计算资源，提高系统的性能和吞吐量。这种编程范式的代表性语言有 Erlang、Go 和 Rust。
主要特点和原则：
- 并发性：并发编程关注同时处理多个计算任务，通过同时执行多个任务来提高程序的效率。
- 线程和进程：并发编程通常使用线程和进程作为基本执行单位，允许多个任务在同一时间并行执行。
- 共享资源：并发编程中的任务可能共享同一资源（如内存、文件等），需要合理地进行协调和同步，避免出现竞态条件和数据不一致问题。
- 锁和同步：为了保证共享资源的正确访问，并发编程使用锁和同步机制来实现资源的互斥访问。
并发编程是处理现代复杂系统的重要工具，但是它也有其挑战，例如数据竞争、死锁和调度问题。
八、分布式编程
分布式编程(Distributed Programming) 用于开发分布式系统。分布式系统是由多台计算机（或节点）组成的系统，在这些计算机之间共享任务和资源，以完成复杂的任务。分布式编程的目标是协调不同节点之间的通信和合作，使得系统能够高效地工作并具有可扩展性。
主要特点和原则：
- 通信：在分布式编程中，节点之间需要通过网络进行通信。节点可以是位于同一地点或全球范围的计算机。
- 同步和异步：节点之间的通信可以是同步的（阻塞式）或异步的（非阻塞式）。异步通信常用于提高系统的并发性和性能。
- 容错性：分布式系统可能面临节点故障或网络故障。分布式编程需要考虑容错性，确保系统在出现故障时仍能正常工作。
- 一致性：分布式系统中的数据可能分布在不同的节点上。分布式编程需要解决一致性问题，确保数据在所有节点上保持一致。
分布式编程在现代计算中非常重要，特别是在云计算、大数据处理和分布式数据库等领域。常见的分布式编程框架包括Apache Hadoop、Apache Spark、Apache Kafka等。这些框架提供了丰富的分布式编程工具和库，使得开发分布式系统更加便捷和高效。
九、响应式编程
响应式编程(Reactive Programming) 主要用于处理异步数据流和事件序列。它通过使用观察者模式或迭代器模式来处理数据的变化，自动传播数据的变化并引起相关依赖项的更新。响应式编程范式的目标是提供一种简洁、灵活和高效的方式来处理异步数据流，同时减少代码中的回调地狱和复杂性。
主要特点和原则：
- 数据流：响应式编程将数据视为一系列的事件或数据流，而不是静态的值。这些数据流可以是来自用户输入、网络请求、传感器数据等。
- 响应式机制：响应式编程使用观察者模式或迭代器模式来监听数据流的变化，并在数据发生变化时自动更新依赖项。
- 异步处理：响应式编程通常用于处理异步操作，例如处理网络请求或用户输入等。它可以避免使用传统的回调函数或回调地狱，提高代码的可读性和可维护性。
- 响应式链式操作：响应式编程通常支持链式操作，允许通过一系列操作符对数据流进行转换和处理。这样可以方便地对数据进行过滤、映射、合并等操作。
响应式编程范式在现代编程中越来越受欢迎，尤其在处理复杂的前端应用和响应式UI中，如使用React、Angular和Vue.js等框架。同时，响应式编程也在后端和服务端编程中发挥重要作用，用于处理异步任务和事件驱动的应用。
事件驱动编程（Event-driven Programming）和响应式编程（Reactive Programming）的关系
- 事件驱动编程是一种编程范式，其中程序的执行流程由事件的生成、检测、消费和处理来驱动。在这种范式中，程序等待事件发生（如用户输入、消息、传感器数据等），然后响应这些事件。事件驱动编程常见于图形用户界面（GUI）开发、游戏开发、网络编程等领域。
- 响应式编程是一种面向数据流和变化的编程范式，它强调程序组件之间的异步数据流和响应变化。响应式编程通常涉及到创建、传递、转换和响应数据流。这种范式在处理复杂的异步事件和数据流时非常有用，如在现代Web开发中，响应式编程可以帮助开发者构建能够响应用户交互、数据更新和网络请求的动态用户界面。
响应式编程可以看作是事件驱动编程的一种扩展或特定形式。 在响应式编程中，事件（如用户操作、数据变化等）被视为数据流的一部分，而程序组件则响应这些数据流中的变化。响应式编程提供了一种更高级的抽象，用于处理事件和数据流，使得开发者可以更容易地构建能够响应复杂事件和数据变化的系统。
事件驱动编程更侧重于事件的响应，而响应式编程则侧重于数据流的创建、传递和响应。响应式编程提供了更多的工具和概念（如观察者模式、流的组合、变换等），以支持构建复杂的响应式系统。
总结来说，事件驱动编程和响应式编程都是处理异步事件和数据流的有效方法，但它们关注的重点和提供的抽象级别不同。响应式编程可以被看作是事件驱动编程的一种更高级的形式，特别是在处理复杂的数据流和变化时。
十、面向领域编程
面向领域编程(Domain-Specific Programming) 旨在解决特定领域的问题，并为该领域定义专门的语言和工具。面向领域编程将关注点从通用的编程语言转移到特定领域的需求上，使得程序员可以更专注于解决领域问题，而不是关注实现细节。
主要特点和原则：
- 领域特定语言（DSL）：面向领域编程使用领域特定语言（DSL），这是一种专门为解决特定领域问题而设计的语言。DSL可以根据领域需求定义领域相关的关键字、语法和语义，使得程序员可以用更接近自然语言的方式表达领域问题。
- 领域建模：面向领域编程重视对领域进行建模和抽象，从而更好地理解和解决领域问题。领域建模可以通过定义领域模型和领域对象来实现。
- 领域专家参与：面向领域编程鼓励领域专家和程序员之间的密切合作，以确保领域需求得到准确地反映在DSL和程序设计中。
面向领域编程通常应用于特定的领域，如科学计算、金融、医疗、游戏开发等。DSL可以是内部DSL（嵌入在通用编程语言中的DSL）或外部DSL（独立于通用编程语言的DSL）。
声明式编程
在处理特定的问题时，声明式编程显得特别有效。
声明式编程(Declarative Programming) 是一种基于规则和逻辑的编程范式，它允许程序员表达逻辑而无需明确描述控制流。在声明式编程中，程序员描述“做什么”（what），而不是“怎么做”（how），关注的是最后的结果。这种范式的例子包括SQL（数据库查询语言）、HTML（网页内容描述）、CSS（网页样式描述）以及某些函数式编程语言如Haskell。
声明式编程使得程序的逻辑更清晰，更容易理解和维护。然而，它对程序员的思维方式有较高的要求，同时它也不适合处理所有类型的问题。
声明式编程与面向领域编程的关系
- 声明式编程是一种编程范式，它强调程序的“什么”（即目标）而不是“怎么”（即过程）。
- 面向领域编程是一种软件设计方法，它专注于特定领域的语言和概念，以提高软件的可读性和可维护性。在面向领域编程中，程序员使用特定于应用领域的概念和术语来构建模型和API，使得业务专家和开发者能够更有效地沟通和协作。面向领域编程的例子包括领域驱动设计（Domain-Driven Design, DDD）和领域特定语言（Domain-Specific Languages, DSLs）。
虽然声明式编程和面向领域编程都强调关注点的分离和抽象，但它们的目的和实现方式不同。声明式编程更侧重于简化代码的编写和理解，而面向领域编程更侧重于将业务逻辑和领域知识融入软件设计中。两者可以结合使用，例如，使用声明式编程风格来实现面向领域的特定语言或API。
声明式编程该怎么组织一场生日派对？
想象你有一个愿望清单，你只需要列出你想要的东西，比如“我想要一个大型巧克力蛋糕”、“我想要所有朋友都来参加”。你不需要详细说明如何实现这些愿望，只需要声明你想要什么。这就像声明式编程，你关注于“做什么”而不是“怎么做”。
