说明

编程的本质与未来



这一课的内容都是从Bob大叔（Robert C. Martin）的书《敏捷软件开发原则、模式与实践》借鉴而来。笔者也写过Bob大叔2016年的演讲，可以配合来看。【编程的未来 Java, C, Go, Swift, Dart? Uncle Bob Martin - The Future of Programming 】



讲师：李智慧



架构设计回顾

上面这张图是上课的同学分类的，详细设计很多时候也是架构师的工作内容。笔者在阿里任职期间，实际上是要做开发设计的，比较符合阿里的分类。



李智慧老师从初级工程师到首席架构师的跃迁

李智慧老师，第一份工作是05年做日本的一个大型系统，那个时候前端是VB，服务端是用Java。刚开始的时候，一共也是几个人。最开始进去时候发现用VB调用Java Server，还没有办法直接调用。那个时候高手都到日本出差去了，李智慧老师给项目经理说了这个gap。项目经理也不懂技术，项目经理就说既然你提出这个问题，你就负责做这个组件吧。李智慧老师周末就看了Struts的架构，用两天时间画了一些组件图。周一就找项目经理评审，项目经理就协调了一些技术高手过来评审，觉得没什么大的问题。项目经理说现在项目还没开始，剩下的几个人就交给你分配任务，完成这个组件，并用一个业务做个Demo。最终组件就按照计划实现了，业务Demo也跑通了。后来大业务团队都从日本回来了，因为时间关系，大家就用了李智慧老师的框架，200多人的大团队都用了这个模块组件来进行前后端通信。高手们也提出一些改进计划，李智慧老师，后面就不断优化这个通信模块组件。整个团队都要李智慧老师培训，前端、后端如何用这个模块，包括后面入职新员工，都是由李智慧老师培训如何用该通信组件开发。李智慧老师从刚入职的低级新员工，到离开的时候就成了首席架构师。



第二份工作，李智慧老师跳槽到另一家日本公司，做的类似于Tomcat这种中间件，脱离了业务，专门去做技术架构。李智慧老师，觉得这两份工作经历为他后来的职业生涯提供了很大的帮助。



软件开发简史

从编程的历史看编程的本质和未来



请带着以下问题观看本节课的内容。

你还在用面向对象编程语言写面向过程的代码吗？



莱布尼兹的奇思怪想

莱布尼兹就是跟牛顿打了一辈子官司，谁是微积分的发明人。二进制就是莱布尼兹发明的。一切信息都可以用二进制表示。



计算机软件编程是个非常新兴的行业，程序员这一职业的出现不过半个多世纪，但是人类从事编程的探索却要久远的多，在计算机出现之前，甚至蒸汽机出现之前，人类就开始探索软件编程了。



最早开始编程探索的人是德国人莱布尼兹，早在1700年代，莱布尼兹就期望将各种事物都通过一种逻辑语言进行描述，然后用一种可执行演算规则的机器进行计算，就可以计算出事物的各种结果。这种思想其实和我们现代的软件编程与计算机已经差不多了，莱布尼兹为了实现这个想法，进行了大量的工作，获得了丰硕的成果，其中就包括了微积分和二进制。



莱布尼兹是计算机思想，后来科学家布尔，用Bool实现了逻辑编程。(就是Bool变量的这个布尔。)



人类第一位程序媛

莱布尼兹制造可编程计算机的梦想没有成功。又过了100年，法国人雅卡尔发明了一台可编程的织布机，这种织布机读取纸带上的打孔，进而控制织布机织出不同的图案。于是人们开始尝试将打孔纸带用于计算机编程，19世纪中叶，当英国人 Ada 利用打孔纸带写出人类第一个软件程序的时候，距离能够运行这个程序的计算机发明还有100年的时间，而这个程序已经包含了循环和子程序。 *Ada* 因此被认为是人类第一个程序员， 准确来说，是程序媛。科技发明受时代的限制，天才们的想象力和聪明才智却可以超过时代。



什么是计算机？什么是程序？

人类发明制造计算机器有非常悠久的历史，但是这些计算机器都是专门进行数值计算的，加减乘除、微分积分等等。而从莱布尼兹、Ada，到图灵、冯诺依曼，这些现代计算机的开创者们试图创造的是一种通用的计算机，这种计算机不是读取数值进行计算，而是读取数据进行计算，这些数据本身包含着计算的逻辑，这个数据就是程序。



现代计算机与现代的程序

当冯诺依曼在 ENIAC 计算机上输入第一个程序的时候，标志着现代计算机的诞生，也意味着软件编程这一新兴行业即将出现。



最早的计算机编程非常麻烦，程序员需要将电线编来编去，作为输入数据，以控制计算机的执行，这也是编程这个词的由来。不过很快人们就将打孔纸带应用到计算机上，编程的效率极大提升。



面向电线编程的时代。

形形色色的编程语言



汇编语言（以下为6502汇编）

2000: BMI $2009     ;若结果为负数，那么转地址2009
2002: BEQ $200C     ;若 = 0，转地址 200C
2004: CLC           ;这里说明 > 0
2005: ADC #$01 
2007: TAY 
2008: RTS 
2009: LDY #$01 
200B: RTS 
200C: LDY #$00 
200E: RTS

每一种 CPU 都有独特的机器语言，因而需要不同的汇编语言。



早期的 Basic 语言

10 CLS:J=1:TROFF:KEY OFF:DIM Z(30),B$(20,20),C(30),BS(22):BS=0:BS$(1)="YES":BS$(0)="NO":DIM BU$(11),PL(11),DI$(11),CH(11),SC(11),CH$(11),P2(11):P2(11)=3
11 FOR I=0 TO 7:READ B$(I,10):NEXT I
12 FOR I=1 TO 4:READ B$(I,8):NEXT I
13 FOR I=0 TO 7:READ B$(I,12):NEXT I
14 FOR I=1 TO 4:READ B$(I,14):NEXT I
15 P1=3:QF=1:L$="A":R$="D":U$="W":D$="S":P$="P":Q$="Q":M$="O" 16 FOR I=1 TO 2:READ B$(I,18):NEXT I
17 FOR I=1 TO 2:READ B$(I,20):NEXT I:FOR I=1 TO 30:C(I)=2:NEXT I:C(20)=1 
20 COLOR 7,0,0:CLS:DIM NA$(11):DIM NAM$(40)
21 FOR I=1 TO 11
23 READ P2(I),BU$(I),DI$(I),CH(10),SC(I),NA$(I)
25 NEXT I:PLAY "T500"

早期 Basic 语言虽然号称为 “高级语言”， 但是保留了汇编语言的特性 -- 地址（即行号）。



结构化的 Basic 语言(Quick Basic、Visual Basic等)

DO
	SCREEN 7, , APage%, VPage% ' Draw to the active page
								' while showing the visual page.
								' Clear the active page.
	CLS 1
	' Rotate the cube "Angle%" degrees:
	DRAW "TA" + STR$(Angle%) + Plot$
	' Angle% is some multiple of 15 degrees: 
	Angle% = (Angle% + 15) MOD 360
	' Drawing is complete, so make the cube visible in its
	' new position by switching the active and visual pages: SWAP APage%, VPage%
LOOP WHILE INKEY$ = "" 			' A keystroke ends the program.



结构化的 Basic 语言仍然兼容传统的 Basic，而且提供了更好的集成开发环境IDE。

结构化的编程取消了 "地址" 和 Goto 语句，代之以几种程序控制 "结构"， 如：循环、条件等。



Perl 语言

package Horse;
@ISA = qw(Animal);
sub sound { "neigh" } 
sub name {
	my $self = shift;
	$$self; 
}
sub named {
	my $class = shift; 
	my $name = shift; 
	bless \$name, $class;
}
my $talking = Horse->named("Mr. Ed"); 
print $talking->name;



Perl 是一种脚本语言，最强大的功能是正则表达式。但 Perl 的语法比较晦涩难懂。 Perl 是一种 "伪" 的面向对象语言。



C 语言

#include <stdio.h>
#include <stdib.h>
int main(void) {
	puts("Hello World!");
	return EXIT_SUCCESS;
}

C 语言是一个结构化的语言



C++ 语言



#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "Hello, world!" << endl;
	return 0;
}

C++ 向后兼容 C 的所有功能，并且提供了面向对象的编程机制。



Java 语言

package zgpeace.test;
public class TestMain {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("Hello World!");
	}
}



Java 是一个完全面向对象的语言，尤其是在当今的 Internet 编程领域，占领了绝对的市场。



编程语言的实质

编程的目的是：用计算机来解决现实世界的问题。



编程的过程即：在计算机所能理解的 "模型" （解空间）和 现实世界 （问题空间）之间，建立一种联系。



编程语言是一种 "抽象" 的机制， 问题是对 "谁" 来抽象。

问题领域（Problem Domain）

包含与系统所要解决的问题相关的实物和概念空间。

面向对象就是面向问题领域中的对象的编程。



抽象的种类

机器代码和汇编语言

• 对基础机器进行抽象

非结构化的高级语言（如 Basic，Fortran等）

• 对计算处理逻辑抽象

结构化的程序设计

• 开始对问题领域进行一定程度的抽象

面向对象的程序设计

• 直达表达问题空间内的元素

编程方法的演讲



编程的核心要素



面向对象是编程语言发展的最高阶段，新出来的语言都是面向对象的语言。



从莱布尼兹编程开始，只要编程的认知不变，新的编程语言不会超过面向对象的语言，40多年的面向对象语言一直没有变过。



面向对象编程的细分领域。最近几年，新的语言有些变化，面向数据的语言。机器学习，AI编程的出现，Scala函数式编程语言，比较适合面向数据编程。不同的函数之间调用，是异步执行的。



什么是面向对象编程

第一个成功的面向对象的语言 Smalltalk 描述：

• 万物皆为对象。

• 程序是对象的集合，它们通过发送消息来告知彼此所要做的。

• 每个对象都有自己的由其它对象所构成的存储。

• 每个对象都拥有其类型。

• 某一特定类型的所有对象都可以接受同样的消息。



C++ 和 Java 等后期的面向对象语言，都是在这个基础上设计的。



什么是对象

Booch 对于对象的描述：对象具有状态、行为和标识。

• 状态： 表明每个对象可以有自己的数据。

• 行为：表明每个对象可以产生行为。

• 标识：表明每个对象都区别于其它对象。（唯一的地址）



无状态对象，对象没有自己的数据，对象的数据都是通过参数传进来的，处理完后就没有了。



面向对象编程的三要素（特征）

封装性（Encapsulation）

• 隐藏实现细节（访问控制）

• 定义接口



继承性（Inheritance）

• IS-A 关系

• HAS-A 关系（组合）



多态性（Polymorphism）

• 后期绑定（虚函数）

• 向上转型 （Up Casting）



封装性 - 隐藏实现

封装并不是面向对象语言独有的。



面向过程的编程语言，比如 C 语言，也可以实现封装特性，从头文件 .h 里面定义方法，而在实现文件 .c 文件里定义具体的结构体和方法实现，从而使依赖 .h 头文件的外部程序只能够访问头文件里定义过的方法，这样同样实现了变量和函数的封装，以及访问权限的控制。



继承性 -- 接口的重用

集成也不是面向对象独有的。



C 语言也可以实现继承。如果 A 结构体包含 B 结构体的定义，那么就可以理解成 A 集成了 B， 定义在 B 结构上的方法可以直接（通过强制类型转换）执行 A 结构体的数据。



多态性 -- 对象互换的魔法

多态也不是面向对象独有的。因为指向函数的指针，多态事实上在 C 语言中也可以实现。



但是使用指向函数的指针实现多态是非常危险的，因为这种多态没有语法和编译方面的约束，只能靠程序员之间约定，一旦出现 bug，调试非常痛苦。因此在面向过程语言的开发中，这种多态并不能频繁使用。



而在面向对象的编程语言中，多态非常简单：子类实现父类或者接口的抽象方法，程序使用抽象父类或者接口编程，运行期注入不同的子类，程序就表现出不同的形态，是为多态。



多态是面向对象语言最重要的特性，如果没有用好多态，那就是没有掌握好面向对象编程。



总结

面向对象是编程语言发展的最高阶段，新出来的语言都是面向对象的语言。



从莱布尼兹编程开始，只要编程的认知不变，新的编程语言不会超过面向对象的语言，40多年的面向对象语言一直没有变过。



面向对象编程的细分领域。最近几年，新的语言有些变化，面向数据的语言。机器学习，AI编程的出现，Scala函数式编程语言，比较适合面向数据编程。不同的函数之间调用，是异步执行的。



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