极客大学架构师训练营编程的本质与未来第三课听课总结

2020-06-17 09:07 312人阅读评论(0)

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