編程自學指南番外：編程流派演義

有人的地方就有江湖，有思想的地方就有譜系，編程自然也不例外。

所謂編程，就是描述計算過程。計算應該怎樣理解，粗略分之，有兩大門派：步驟派、函數派。

一、步驟派

步驟派（Procedural），又譯過程派，祖師是圖靈，基礎模型是圖靈機。

所謂圖靈機，是一臺想像的機器，有兩個部件：一條紙帶」一個讀寫頭（可以想像成磁帶機）。紙帶分成一個個格子，每個格子裡面寫着指令或者數據，讀寫頭按照順序讀取一個個指令或數據，一步一步執行，在紙帶上讀寫。

現代電子計算機的核心部件是CPU，CPU就是那個讀寫頭。內存就是那個紙帶。現在計算無論功能多麼神奇，其實都只是從內存裏讀數據，運算，然後再存回內存而已。

圖靈機易用電路實現。現在量產的「計算機」，就只有步驟派的機器了，其他門派思路無論如何不一樣，最後想在物理世界實現，還是要用步驟派的功夫。

步驟派之後又分爲兩支：原教旨步驟派和結構派（Structural）。

結構派是步驟派裏面的革命黨。圖靈和馮・諾以曼之貢獻，在於說「指令可以當成數據存儲」。結構派則認為，「數據」和「指令」就算本質相同，寫代碼的時候，應該明確區分。指令就是指令，不應該當作數據，隨意操作，而是應該用固定的一套結構來組織（故名結構派）。

你如果在60年代學習編程，會遇到「結構化編程」（Structural programming）這個概念。這個提法，現在已經沒什麼人用了，原因很簡單：結構派大獲全勝，現在已經很少像以前一樣，一個一個格子去填代碼和數據了。

結構派祖師是Algol，領軍語言是C，多年屹立不倒。今天流行的編程語言，語法上，基本都是結構派的後裔。

原教旨步驟派的代表語言是機器語言和彙編語言（Assembly），現在職業寫彙編的人已經很少了。

二、函數派

話分兩頭，圖靈發明圖靈機，開宗立派，還有一人能與之抗衡，名曰邱奇，也是數學家。

邱奇提出了一套理論，叫做λ演算（Lambda calculus），跟圖靈機一樣，可以描述計算過程。

λ演算的核心模型不是讀寫紙帶，而是函數（所以叫函數派），具體來說，是「數學函數」，也就是「變量的關係」——比如，1个梨子1元，2個梨子就是2元，這是「梨子數量和總價格的關係」，也是一個函數。幾個函數可以組合成新函數，從而表達各種概念和關係。

函數派的旗幟是Lisp。上一波人工智能熱潮中，Lisp就是主力。函數派甚至有過自己的機器，叫Lisp Machine，可惜曇花一現。80年代末，AI寒冬，Lisp失勢，函數派也一蹶不振。 AI近幾年再起，主力語言已經變成Python和Java/C++了。

Lisp後代繁多，目前有兩大家：Scheme家和Common Lisp家，Scheme重純粹，Common Lisp重應用。

Lisp還有一個分家ML，此家的強項是類型理論，尤其是靜態類型加自動類型推導，成員包括Haskell和OCaml。OCaml也是奇怪，通常的趨勢是對象派語言向函數派靠攏，OCaml則是函數派主動混入對象派。OCaml在金融界應用廣泛，薪酬很高。

近些年，函數派再次崛起，因爲又找到了優勢領域：並行運算。2005年前後，CPU工藝遭遇物理學瓶頸，主頻封頂（這十年量產CPU主頻還是只有3GHz上下），要提高性能，只能向多核、多機並行運算。此外GPU也異軍突起，幾與CPU平起平坐，而GPU也是典型的並行運算設備（運算單元能力弱，但是數量多）。函數派強調純函數，隔離副作用，非常適合做並行運算，於是時來運轉，又受一部分業界的青睞。

在分佈式運算以外的領域，函數派還是有運算速度慢的軟肋。但是，現在電腦速度已經很快了，步驟派用10毫秒，慢1倍也才20毫秒，對用戶來說都是幾乎感覺不到的。函數派的思想傾向，在新語言裏已經很常見了：一等函數（無名函數、高階函數）、自動內存管理（垃圾回收）、鼓勵純函數、避免修改變量，等等。

函數派對「數據」「指令」的關係認知，倒與原教旨步驟派相似：「數據」「指令」一體二相，本應自由轉換。把「指令」當成「數據」修改的技術，美名曰「元編程」（metaprogramming）。

函數派是小衆派別，學校不教，人數少，散落各地。λ演算名字裏「λ」這個字，便是函數派的標誌，函數派弟子以此相認。

（遊戲《半衰期》的標誌也是λ，但他們的λ外面有個圓圈。）

三、對象派

步驟派和函數派之外，還有一個思潮，傳承模糊鬆散，勉強統稱爲「對象派」。

對象派的共通思路是，數據和指令還是有關係的，在代碼形式上應該體現出來。對象派是對步驟派的反動，希望重新建立數據和指令的聯繫，以此組織代碼。

粗略數來，對象派又分三支：類型宗、消息宗、原型宗。

類型宗，顧名思義，重視「類型」（Class），喜歡研究「這個概念屬於什麼類型」、「這個類型是否包含那個類型」。類型中人寫代碼，先要研究問題領域裏面的概念，然後結一張類型網，然後一個個節點去實現。

類型宗的祖師是Simula（Simula又從Algol起步），後代有C++和Java發揚光大，流傳甚廣。類型宗是對象派的主流，你現在在網上看到的「面向對象編程」教程，基本上都是傳類型宗的道。

消息宗，始祖Smalltalk（Smalltalk師從Simula），後代有Objective-C。消息宗的核心觀點是，軟件就像生物體，應該是由半獨立的「細胞」構成，細胞之間的合作，通過消息傳遞完成，消息處理方法由收信細胞決定，而非發信細胞直接指導收信細胞。

Smalltalk創始人Alan Kay也是敲定「面向對象編程」（Object-oriented programming，OOP）一詞之人，然而據他後來說，名字取壞了，應該叫「Message-oriented programming」的。 如果他真的這麼取了，「面向對象」這張旗子可能就打不起來了。

原型宗，祖師是Self（Self是Smalltalk的後裔）。它說，刻畫結構，應該先做一個「原型」（Prototype）概念，這個原型應該可以獨立使用。其他概念再去延展這個原型，由此刻畫概念之間的關係。這一支很小眾，但有一個門徒混出來了，那就是JavaScript。JavaScript乘Web和Node.js的東風，壟斷前端，染指後端。有它在，原型派一時之間不會亡了

「面向對象編程」，80年代、90年代炒得火熱，尤其是類型雙煞C++和Java，一時無兩。類型宗提出的方案，迎合了當時軟件開發職業化、大規模化的需求，宣傳類型繼承（省錢）、模塊封裝（部門之間不用撕逼了）、設計模式（限制野雞程序員破壞力）之類的。近幾年大家發現，這派功夫並沒有吹得那麼好。類型繼承其實滿足的是「不改舊代碼，只加新代碼，就能開發新功能」的需求，但是現在敏捷開發、持續集成流行，「不用改舊代碼」並不是那麼重要。在小而精的創業團隊，工程師有全棧開發能力，很多類型宗隔離模塊的規範和模式，反而干擾開發節奏。

四、邏輯派和其他小門派

總體而言，步驟派和函數派互爲表裏，對象派是結構步驟派的支流，此三派爲當今顯學。三派之外，還有些小門派。

邏輯派

此派與函數派淵源頗深，也是從數學而來。邏輯派講究描述「邏輯關係」，例如你給出「張三是人」「凡人必死」，它能算出「張三會死」。它還有獨門祕技，「反查」：比如你說「張三是人」「李四是神」「人死神不死」，然後可以問電腦「誰會死？」，它能回答「張三」。

其他門派，當然也能做到反查，但是需要專門實現反查規則。邏輯派則可自動由數據推出。

人工智能派

以上門派，都是人來編程。現在有人在研究機器自己來編程自己，比如所謂「神經圖靈機」（Neural Turing Machine），給它大量的輸入和輸出，它會自動嘗試寫出最優的算法，攀擬輸入和輸出之內在邏輯。此派現在尚在襁褓，今後成熟，大概會革了程序員自己的命。

編程流派多，派中有派，又不斷交雜，掛一漏萬。欲知詳情，請參：

http://wiki.c2.com/?ThereAreExactlyThreeParadigms

http://www.eecs.ucf.edu/~leavens/ComS541Fall97/hw-pages/paradigms/major.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Programming_paradigm