新手必须要注意的编程范式

Posted 2021-11-23 苏州程序大白

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了新手必须要注意的编程范式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

新手必须要注意的编程范式

目录
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🌟博主介绍
编程语言
主要的范式
主要三种范式的对比
- 领域驱动设计
- 设计原则与模式
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编程语言

与成百种编程语言（Programming Language）相比，编程范式（Programming Paradigm、范式）要少得多。

如图所示，共有 27 种范式。多数范式之间仅相差一个或几个概念。

主要的范式

最常用的范式有三个：过程试编程，面向对象编程（OOP），函数式编程（FP）。然后我们介绍一下新兴的第四种范式也就是面向切面编程（AOP）。

过程试编程

过程式编程（Procedural programming）的核心在于模块化，在实现过程中使用了状态，依赖了外部变量，导致很容易影响附近的代码，可读性较低，后期的维护成本也较高。

过程试编程经历了发展的两个阶段，非结构化到结构化：

`非机构化编程（Unstructured programming）`：机器语言和汇编语言的编程范式被认为是非结构化编程，没有封装函数的概念，代码中 goto 语句满天飞的状态。

`结构化编程（Structured programming）`：抽象了机器的行为，屏蔽了部分计算机的硬件细节。代表语言就是我们常用的 C 语言。

有时结构化编程，也称作过程式编程，或面向过程编程。

def get_shannon_info(output):
    """获取shannon类型flash卡信息
    """

    def check_health():
        time_left = float(sub_info["life_left"])
        if time_left < DISK_ALARM_LIFETIME:
            message = "time left is less than {}%".format(DISK_ALARM_LIFETIME)
            return message
        temperature = float(sub_info["temperature"].split()[0])
        if temperature > DISK_ALARM_TEMPERATURE:
            message = "temperature is over than {} C".format(DISK_ALARM_TEMPERATURE)
            return message
        return "healthy"

    result = {}
    all_info = _get_shannon_info(output)
    for info in all_info:
        sub_info = {}
        sub_info["available_capacity"] = info.get("disk_capacity", "")
        sub_info["device_name"] = info.get("block_device_node", "")
        sub_info["firmware_version"] = info.get("firmware_version", "")
        sub_info["interface"] = "PCIe"
        sub_info["life_left"] = str(info.get("estimated_life_left", "").replace("%", ""))
        sub_info["pcie_id"] = info.get("pci_deviceid", "")
        sub_info["pcie_length"] = ""
        sub_info["pcie_type"] = ""
        sub_info["physical_read"] = info.get("host_read_data", "")
        sub_info["physical_write"] = info.get("total_write_data", "")
        sub_info["serial_number"] = info.get("serial_number")
        sub_info["temperature"] = info.get("controller_temperature")
        sub_info["type"] = info["type"]
        sub_info["error_msg"] = check_health()
        sub_info["status"] = "ok" if sub_info["error_msg"] == "healthy" else "error"
        if sub_info["serial_number"]:
            result[sub_info["serial_number"]] = sub_info
        else:
            result[sub_info["device_name"]] = sub_info
    return result

面向对象编程

面向对象编程（Object-oriented programming）的核心在于抽象，提供清晰的对象边界。结合封装、集成、多态特性，降低了代码的耦合度，提升了系统的可维护性。C++ 和之后的 Java 成为主流。

人们将领域问题又开始映射成实体及关系（程序 = 实体 + 关系），而不再是数据结构和算法（过程）了，这就是面向对象编程，核心特点是封装、继承和多态。

class IFlash(six.with_metaclass(abc.ABCMeta)):
    def __init__(self):
        pass

    @abc.abstractmethod
    def collect(self):
        """收集flash卡物理信息
        """
        pass


class FlashShannon(IFlash):
    """宝存的Flash卡
    """

    def __init__(self, txt_path, command, printer):
        super(FlashShannon, self).__init__()
        self.txt_path = txt_path

        self.command = command
        self.printer = printer

    def collect(self):
        result = {}
        for info in self._get_shannon_info():
            life_left = str(info.get("estimated_life_left", "")).replace("%", "")
            temperature = info.get("controller_temperature", "")
            error_msg = self._get_health_message(life_left, temperature)
            sub_info = {
                "available_capacity": info.get("disk_capacity", ""),
                "device_name": info.get("block_device_node", ""),
                "firmware_version": info.get("firmware_version", ""),
                "interface": "PCIe",
                "life_left": life_left,
                "pcie_id": info.get("pci_deviceid", ""),
                "pcie_length": "",
                "pcie_type": "",
                "physical_read": info.get("host_read_data", ""),
                "physical_write": info.get("total_write_data", ""),
                "serial_number": info.get("serial_number", ""),
                "temperature": temperature,
                "type": info["type"],
                "error_msg": error_msg,
                "status": "ok" if error_msg == "healthy" else "error"
            }
            if sub_info["serial_number"]:
                result[sub_info["serial_number"]] = sub_info
            else:
                result[sub_info["device_name"]] = sub_info
        return result


class FlashFio(IFlash):
    """fio的Flash卡
    """

    def __init__(self, txt_path):
        super(FlashFio, self).__init__()
        self.txt_path = txt_path

    def collect(self):
        disk_info = {}
        adapter_info = self._get_adapter_info()
        for info in adapter_info:
            serial_number = info["fio_serial_number"]
            for io in info["iomemory"]:
                data = self._combining_io_memory(io)
                data["serial_number"] = serial_number
                disk_info[serial_number] = data
        return disk_info

函数式编程

函数式编程（Functional Programming）的核心在于 “避免副作用”，不改变也不依赖当前函数外的数据。结合不可变数据、函数是第一等公民等特性，使函数带有自描述性，可读性较高。

首先，函数式编程的主要理论基础是 Lambda 演算，它是图灵完备的；其次，函数式编程是抽象代数思维，更加接近现代自然科学，使用一种形式化的方式来解释世界，通过公式来推导世界，极度抽象（比如 F=ma）。在这条路上，很多人都是偏学术风格的，他们关注解决方案是否优雅，如何一层层构建抽象。他们也探索更多的可能，垃圾回收机制就是从这里率先出来的。

@pytest.mark.parametrize("line, result", [
("Found Shannon PCIE", False),
("Found Shannon PCIE Flash car", False),
("Found Shannon PCIE Flash card a", True),
("Found Shannon PCIE Flash card", True),
("Found Shannon PCIE Flash card.", True),
])
def test_is_shannon_flash_device(line, result):
    assert functional.is_shannon_flash_device(line) == result


@pytest.mark.parametrize("line, result", [
("a=1", True),
("b=2", True),
("c=2333", True),
("d x=abcde", True),
("Found Shannon PCIE=1", True),
("abcdedfew=", False),
("Found Shannon PCIE", False),
(" =Found Shannon PCIE", False),
("=Found Shannon PCIE", False),
("Found Shannon PCIE=", False),
("Found Shannon PCIE= ", False),
])
def test_is_effective_value(line, result):
    assert functional.is_effective_value(line) == result


@pytest.mark.parametrize("line, result", [
("a=1", {"a": "1"}),
("b=2", {"b": "2"}),
("a=a", {"a": "a"}),
("abc=a", {"abc": "a"}),
("abc=abcde", {"abc": "abcde"}),
])
def test_gets_the_index_name_and_value(line, result):
    assert functional.gets_the_index_name_and_value(line) == result


@pytest.mark.parametrize("output, filter_func, result", [
("abcd\\nbcd\\nabcd\\nbcd\\naa\\naa", lambda x: "a" in x, ["abcd\\nbcd", "abcd\\nbcd", "aa", "aa"]),
(open(os.path.join(project_path, "fixtures", "shannon-status.txt")).read(), functional.is_shannon_flash_device, [
    open(os.path.join(project_path, "fixtures", "shannon-sctb.txt")).read(),
    open(os.path.join(project_path, "fixtures", "shannon-scta.txt")).read()
])
])
def test_checks_string_split_by_function(output, filter_func, result):
    assert functional.checks_string_split_by_function(output, filter_func) == result

面向切面编程

面向切面编程（Aspect Oriented Programming、AOP）为开发人员提供了一种描写叙述横切关注点的机制，并可以自己主动将横切关注点织入到面向对象的软件系统中。从而实现了横切关注点的模块化。

AOP 可以将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任。比如事务处理、日志管理、权限控制等。封装起来，便于降低系统的反复代码，降低模块间的耦合度，并有利于未来的可操作性和可维护性。

python 可以使用装饰器实现 AOP。

主要三种范式的对比

领域驱动设计

不难看出，编程语言的发展就是一个逐步远离计算机硬件，向着待解决的领域问题靠近的过程。所以，编程语言后续的发展方向就是探索怎么更好的解决领域问题，也就是领域驱动设计（Domain-driven Design、DDD）。

DDD 的精髓是对边界的划分和控制，共有四重边界：

1、第一重边界是在问题空间分离子域，包括核心域，支撑域和通用域。

2、第二重边界是在解决方案空间拆分 BC（限界上下文，Bounded Context），BC 之间的协作关系通过 Context Mapping（上下文映射） 来表达。

3、第三重边界是在 BC 内部分离业务复杂度和技术复杂度，形成分层架构，包括用户界面层，应用层，领域层和基础设施层。

4、第四重边界是在领域层引入聚合这一最小的设计单元，它从完整性与一致性对领域模型进行了有效的隔离，聚合内部包括实体、值对象、领域服务、工厂和仓储等设计元素。

设计原则与模式

设计原则很多，程序员最常使用的是 SOLID 原则，它是一套比较成体系的设计原则。它不仅可以指导我们设计模块（类），还可以被当作一把尺子，来衡量我们设计的有效性。

SOLID 原则是五个设计原则首字母的缩写，它们分别是：

单一职责原则（Single responsibility principle，SRP）：一个类应该有且仅有一个变化的原因。

开放封闭原则（Open–closed principle，OCP）：软件实体（类、模块、函数）应该对扩展开放，对修改封闭。

里氏替换原则（Liskov substitution principle，LSP）：子类型（subtype）必须能够替换其父类型（base type）。

接口隔离原则（Interface segregation principle，ISP）：不应强迫使用者依赖于它们不用的方法。

依赖倒置原则（Dependency inversion principle，DIP）：高层模块不应依赖于低层模块，二者应依赖于抽象；抽象不应依赖于细节，细节应依赖于抽象。

前面我们提到，对于面向对象来说，核心是多态的设计，我们看看 SOLID 原则如何指导多态设计：

单一职责原则：通过接口分离变与不变，隔离变化。

开放封闭原则：多态的目标是系统对于变化的扩展而非修改。

里氏替换原则：接口设计要达到细节隐藏的圆满效果。

接口隔离原则：面向不同客户的接口要分离开。

依赖倒置原则：接口的设计和规定者应该是接口的使用方法。

除过设计原则，我们还要掌握常用的设计模式。设计模式是针对一些普遍存在的问题给出的特定解决方案，使面向对象的设计更加灵活和优雅，从而复用性更好。学习设计模式不仅仅要学习代码怎么写，更重要的是要了解模式的应用场景。不论那种设计模式，其背后都隐藏着一些 “永恒的真理”，这个真理就是设计原则。的确，还有什么比原则更重要呢？就像人的世界观和人生观一样，那才是支配你一切行为的根本。可以说，设计原则是设计模式的灵魂。

守破离是武术中一种渐进的学习方法：

第一步 —— 守，遵守规则直到充分理解规则并将其视为习惯性的事。

第二步 —— 破，对规则进行反思，寻找规则的例外并 “打破” 规则。

第三步 —— 离，在精通规则之后就会基本脱离规则，抓住其精髓和深层能量。

设计模式的学习也是一个守破离的过程：

第一步 —— 守，在设计和应用中模仿既有设计模式，在模仿中要学会思考。

第二步 —— 破，熟练使用基本设计模式后，创造新的设计模式。

第三步 —— 离，忘记所有设计模式，在设计中潜移默化的使用。

参考文章：
浅谈编程范式

聊聊编程范式

AOP----面向切面编程 Python

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