编程范式|程序世界里的编程范式,探索编程本质

最近看了一些关于编程范式的文章,简要做一些小结和记录

什么是编程范式

在现实生活中,为了适配各种规格的螺帽,我们需要许多种类的螺丝刀。

编程范式|程序世界里的编程范式,探索编程本质

在编程世界中,静态语言有许多种类的数据类型。

不过,我们可以发现,无论是传统世界,还是编程世界,我们都在干一件事情,就是通过使用一种更为通用的方式,抽象和隔离,让复杂的“世界”变得简单一些。

C语言的范式例子1:swap函数

原版,swap交换变量(只能交换int型)

void swap(int* x, int* y) { int tmp = *x; *x = *y; *y = tmp; }

改进版,使用void * 抽象化数据类型,范式编程:

void swap(void* x, void* y, size_t size) { char tmp[size]; memcpy(tmp, y, size); memcpy(y, x, size); memcpy(x, tmp, size); }

函数接口中增加了一个size参数。一旦用了 void* 后,类型就会被“抽象”掉,编译器不能通过类型得到类型的尺寸了,所以需要我们手动加上一个类型长度的标识。

函数的实现中使用了memcpy()函数。因为类型被“抽象”掉了,所以不能用赋值表达式了,很有可能传进来的参数类型还是一个结构体,不过,为了要交换这些复杂类型的值,我们只能使用内存复制的方法了。

函数的实现中使用了一个temp[size]数组。这就是交换数据时需要用的 buffer,会用 buffer 来做临时的空间存储。

C语言的范式例子2:search函数

原版C语言函数,搜索target在整型数组中的位置:

int search(int* a, size_t size, int target) { for(int i=0; i<size; i++) { if (a[i] == target) { return i; } } return -1; }

把search函数变为泛型,使之不仅能查找整型数组,也能查找适配其他传入的各种类型参数。

参数a,可以遍历的数组、结构体数组等
target,void *,不定类型的数据(以适配范式)
cmpFn,函数,用户程序员自定义的各种数据的比较函数

int search(void* a, size_t size, void* target, size_t elem_size, int(*cmpFn)(void*, void*) ) { for(int i=0; i<size; i++) { // 这里不用memcmp比较,是因为 针对传入的数据类型是结构体类型时,memcmp会比较内存地址。 //使用 unsigned char * 计算地址 if ( cmpFn ((unsigned char *)a + elem_size * i, target) == 0 ) { return i; } } return -1; } //整数比较函数 int int_cmp(int* x, int* y) { return *x - *y; } //字符串比较函数 int string_cmp(char* x, char* y){ return strcmp(x, y); } //结构体比较函数 typedef struct _account { char name[10]; char id[20]; } Account; int account_cmp(Account* x, Account* y) { int n = strcmp(x->name, y->name); if (n != 0) return n; return strcmp(x->id, y->id); }

上面的泛型search函数缺陷:只支持顺序类型的数据结构,遇到复杂的图、树等无法抽象化非顺序型的数据容器

另外C语言还可以使用宏定义来泛型化。

泛型编程

一个良好的泛型编程需要解决如下几个泛型编程的问题:
1.算法的泛型;
2.类型的泛型;
3.数据结构(数据容器)的泛型。

就像前面的search()函数,里面的 for(int i=0; i<len; i++) 这样的遍历方式,只能适用于顺序型的数据结构的方式迭代,如:array、set、queue、list 和 link 等。并不适用于非顺序型的数据结构。
如哈希表 hash table,二叉树 binary tree、图 graph 等这样数据不是按顺序存放的数据结构(数据容器)。所以,如果找不到一种泛型的数据结构的操作方式(如遍历、查找、增加、删除、修改……),那么,任何的算法或是程序都不可能做到真正意义上的泛型。

比如,如果我要在一个 hash table 中查找一个 key,返回什么呢?一定不是返回“索引下标”,因为在 hash table 这样的数据结构中,数据的存放位置不是顺序的,而且还会因为容量不够的问题被重新 hash 后改变,所以返回数组下标是没有意义的。

对此,我们要把这个事做得泛型和通用一些。如果找到,返回找到的这个元素的一个指针(地址)会更靠谱一些。

所以,为了解决泛型的问题,我们需要动用以下几个 C++ 的技术。
1.使用“模板”来抽象类型,这样可以写出类型无关的数据结构(数据容器)。
2.使用一个“迭代器”来遍历或是操作数据结构内的元素。

C++的范式例子1:search函数 template<typename T, typename Iter> Iter search(Iter pStart, Iter pEnd, T target) { for(Iter p = pStart; p != pEnd; p++) { if ( *p == target ) return p; } return NULL; }

在 C++ 的泛型版本中,我们可以看到:

使用typename T抽象了数据结构中存储数据的类型。

使用typename Iter,这是不同的数据结构需要自己实现的“迭代器”,这样也就抽象掉了不同类型的数据结构,迭代器需要数据结构自己去实现。

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