简介

• 程序：本质上是一组计算机指令代码，能让计算机执行某种操作。
• 编程：泛指编写计算机程序的过程。
  • 编写程序代码之后，再执行程序代码，即可控制计算机完成某些任务。
• 编程语言：泛指可用于编写程序代码的语言。

语言分类

机器、汇编、高级

将编程语言根据可读性分类：

• 机器语言
  • ：由二进制代码 1 和 0 组成，几乎没有可读性。
  • 能直接被计算机识别、执行，但是不能移植到不同操作系统上运行。
• 汇编语言
  • ：用助记符编写程序，又称为符号语言。有基本的可读性，但是仍然难以记忆。
  • 汇编语言编写的代码要通过汇编（即翻译）转换成机器语言才能运行。
• 高级语言
  • ：模仿自然语言的语法进行编程，可读性好。
  • 与高级语言相比，机器语言和汇编语言都是低级语言。

编译、解释、脚本

将编程语言根据运行方式分类：

• 编译型语言
  • ：代码通过编译器（先翻译再执行）转换成机器语言之后才能运行。比如 C、C++ 语言。
  • 缺点：程序在编译之后几乎不能移植。
• 解释型语言
  • ：代码不需要编译，在运行时才通过解释器（边翻译边执行）转换成机器语言。比如 Java、C# 语言。
  • 优点：程序容易移植到不同平台。
• 脚本语言
  • ：属于解释型语言、动态语言。比如 Shell、Python 语言。
  • 优点：可以不编译就即时执行代码，可以逐行执行代码，便于调试。
  • 一般而言，编译型语言、解释型语言、脚本语言的运行速度、效率依次递减。
  • 脚本语言刚诞生时功能较少，如今已经进化得像编译型语言一样功能强大。而且现在计算机硬件性能提升了很多，使用脚本语言也可以达到很好的性能。

GPL、DSL

将编程语言根据使用场景分类：

• 通用编程语言（General Purpose Language ，GPL）
  • 可用于多种领域，用途较广。
• 领域特定语言（Domain Specific Language ， DSL）
  • 主要用于个别领域，但在该领域的使用效果可能比通用编程语言更好。
  • 例如用于描述 Web 页面的 HTML、CSS 语言，用于数据库结构化查询的 SQL 语言，用于匹配字符串的正则表达式，用于 Linux 终端操作的 Shell 语言。

语法分类

弱类型、强类型

根据变量赋值、运算时，能否自动转换数据类型来分类：

• 弱类型
  • ：支持自动转换数据类型。
  • 例如在 C 语言中可执行以下语句：

    float x = 1;
    

• 强类型
  • ：不支持自动转换数据类型。
  • 一种编程语言可能同时具有强类型、弱类型的语法。例如在 Python 中：

    >>> x = 1
    >>> x = '1.0'   # 同一个变量可以执行不同类型的赋值，这是因为改变了变量引用的对象，体现了 Python 是动态类型语言
    >>> 1 + '1.0'   # 不同类型的值不支持混合运算，体现了 Python 是弱类型语言，但用户可以重载 __add__() 方法来实现混合运算
    TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
    

静态类型、动态类型

根据程序运行时，能否改变变量的数据类型来分类：

• 静态类型语言（statically typed language）
  • ：在程序编译之后，变量的数据类型不能改变。
  • 通常在程序编译时就检查数据类型，如果数据类型不符合要求，则中断编译，并报错。
• 动态类型语言（dynamically typed language）
  • ：在程序编译之后，变量的数据类型可以改变。
  • 通常在程序运行时才检查数据类型，如果数据类型不符合要求，可能报错，也可能自动转换数据类型。
  • 优点：使用变量时可以很灵活。
  • 缺点：数据类型不符合要求时，如果不报错，导致问题被用户忽略，则可能引发更大的问题。

静态编程、动态编程

根据程序运行时，能否改变程序结构来分类：

• 静态编程语言（dynamic programming language）
  • ：在程序编译时确定了程序结构，不能改变。
  • 简称为静态语言。大部分静态语言属于静态类型语言。
• 动态编程语言（dynamic programming language）
  • ：在程序运行时可以改变程序结构，比如改变函数、改变代码。
  • 简称为动态语言。大部分动态语言属于动态类型语言。
  • 鸭子类型（duck typing）：如果一只鸟走起来像鸭子，游起来像鸭子，叫起来也像鸭子，那它就是一只鸭子。
    • 鸭子类型体现了动态语言的特点：只要一个类提供了鸭子类该有的属性和方法 walk()、swim()、quack() ，就可以将它当作一个鸭子类使用。

编程范式

编程范式（Programming Paradigms）：泛指编写代码的风格。有的编程语言的语法较少，只支持少量几种编程范式。

面向过程编程

：Process-oriented Programming 。指按解决问题的流程，一步步编写代码。

• 这样编写的程序，会让 CPU 按顺序执行一行行指令。也可以将多行指令，封装为一个函数，然后调用该函数。

面向对象编程

：Object Oriented Programming（OOP）。指将实现某一功能的相关变量、函数，封装为一个类。

• 优点：
  • 代码容易复用。使用同一个类，可以创建多个相似的对象，不必为每个对象分别编写一套代码。
  • 可扩展性好。假设某个功能由某个类实现，如果想修改该功能，不必修改该类的源代码，可以继承该类，定义一个子类。
• 缺点：
  • 开销更大。使用每个类时，必须先实例化，创建一个对象，分配一定内存。
  • 同一个类的多个方法之间通常耦合，具有继承关系的多个类之间通常耦合，需要理清它们的耦合关系。
• 例：
  • C 语言通常是编写函数，进行面向对象编程。也可以用 struct 结构体，进行面向对象编程，不过缺少继承、多态等语法。
  • Java 语言支持多种面向对象的语法，擅长面向对象编程。类中的每个方法，相当于一个函数，属于面向过程编程。
• 现代的高级语言，大多支持面向对象编程，提供了三种基本语法：
  • 封装
    • 将实现某一功能的相关变量、函数，封装为一个类，从而集中到同一个命名空间，方便相互调用。
    • 封装，有利于实现高内聚、低耦合的设计模式。
    • 类中的函数，通常称为方法（method）。
    • 类中的变量、函数，统称为该类的成员（member）。
  • 继承
    • 定义一个类时，允许继承另一个类的变量、函数，而不必将另一个类的源代码拷贝到当前类。
  • 多态
    • 同一个类中，允许几个方法的名称相同，但源代码、实现的效果不同。

结构化编程

：Structured Programming 。指编程时采用顺序、选择、循环、递归等流程结构。

• 早期的编程语言，只支持面向过程编程，只能按顺序从上到下执行代码。虽然可以用 goto 跳转执行代码，但容易引发 bug 。
• 后来的编程语言，提供了多种流程结构。例如 if 语句属于选择结构，if 语句中的语句块可以包含多条语句，属于顺序结构。

函数式编程

：Functional Programming 。编写函数时像编写数学函数，主要考虑给定输入参数时返回什么值，不会主动影响函数外部，不会影响程序的行为。

• 优点：使函数高度解耦，常用于声明式编程。

符号式编程

：Symbolic Programming 。可以定义实现某种功能的表达式。

• 与函数相比，这样的代码更接近数学表达式，更直观。
• 例如 Lisp 语言中用表达式 (+ 1 2) 来求和，而不是函数 sum(1, 2) 。

命令式编程

：Imperative Programming 。擅长向计算机发出各种指令。

• 例如 shell 脚本语言，提供了 mv 指令来移动计算机中的文件，不需要用户亲自编写一段代码来移动文件。

声明式编程

：Declarative Programming 。只管描述用户想得到什么结果，不考虑具体过程怎么做。

• 例如 SQL 语言，只管描述用户想从数据库获取什么数据，不管如何获取该数据。
• 例如正则表达式。

元编程

：Meta Programming 。指程序运行时可以修改自己或其它程序的代码。

• 所有编译器、解释器、DSL 都属于元编程，一般语言的反射、泛型也属于元编程。

相关概念

耦合度

：Coupling ，指两个代码之间的联系深浅，影响它们能否独立运行。

• 假设程序 A 运行时，必须调用程序 B ，则它们的耦合度高。
• 假设程序 A 运行时，可以调用程序 B ，也可以不调用，则它们的耦合度低。
• 在模块化编程时，应该尽量降低耦合度，便于随时更换模块，提高可扩展性。

语法糖

：Syntactic Sugar 。泛指一些提升代码的可读性的语法，但不一定能优化程序的运行效率。

• 例如 Python 中的列表推导式。