一、基础知识
(一)编程语言(程序设计语言)的分类?
通常可分为4类:命令式语言、函数式语言、逻辑语言和面向对象的语言(实际上还有很多不同的划分版本)
1、命令式编程语言(imperative language)
计算机体系结构是影响语言设计的一个重要因素,目前的大多数语言都是围绕着冯诺依曼结构设计的,
这些语言称为“命令式语言”。
命令式语言的核心特征:
(1)变量(冯诺依曼结构的存储单元)
(2)赋值语句(数据传输)
(3)迭代形式的循环(冯诺依曼结构中实现循环的最高效形式)
2、函数式编程语言(functional language)
命令式编程语言是以冯诺依曼这种体系结构为模型,而函数式程序语言的目的是尽可能的模拟数学函数。
函数式语言的核心特征:
(1)以“函数”为首,如同命令式语言中的“变量”,函数可以赋值给其他变量,可以作为其他函数的参数,
或者作为其他函数的返回值。
(2)不修改变量的值
(3)只有表达式,没有语句。此处的语句指的是没有返回值得某些操作。
(4)引用透明(Referential transparency),函数的运行不依赖与外部变量或“状态”,简单的说就是,
同一个输入(参数),总是会产生同一个输出(返回值),这与数学函数的特征很一致。
命令式语言因为全局变量等的存在,就无法做到这一点。
(5)对比命令式语言,递归形式的循环
3、逻辑程序设计语言(logic programming language)(未研究)
逻辑程序设计语言:基于逻辑符号逻辑的语言称为逻辑程序设计语言,或者声明性语言
逻辑程序设计:用一种符号逻辑作为程序设计语言来进行程序设计,通常称为逻辑程序设计
逻辑式编程语言是基于规则的编程语言
程序是事实和规则集,通过符号逻辑表示程序,并使用逻辑推导过程来生成结果。
4、面向对象语言(object oriented language)
听起来最亲切的一个种类..........
严格来说,面向对象语言不应该处在与命令式语言并列的状态,面向对象语言的设计也是依据冯诺依曼结构,
它是从命令式语言发展而来,我觉得它本身就是命令式语言。
“面向对象”:强调的是开发模式,与它相对的开发模式就是“面向过程”
所以说就是“命令式语言”通常指的是“面向过程开发的编程语言”,比如C语言;
“面向对象语言”指的就是“面向对象开发的编程语言”,比如C++和Java。
主要特征:
(1)封装:将数据和方法封装成类
(2)继承:子类继承父类,可以自动共享父类的数据结构和方法
(3)多态:子类可以修改父类的方法
5、其他语言:
(1)脚本语言(Scripting language)(python、JavaScript等等)
脚本语言也是一类语言,只不过分类的依据与上述不同,脚本语言属于“命令式语言”的范畴
单拎出这个分类是由于其的运行方式——解释执行,没有编译过程
(2)可视化语言
同样是命令式语言的一个子类,能够以拖放的方式生成代码段(比如.NET)
(3)标记语言(markup language)(HTML、XML等)
这种语言,不算做编程语言;
但是某些标记语言(比如HTML和XML)的扩展中,也加入了一些程序设计的功能
——标记与程序设计混合语言(比如JSP标准标签库中的JSTL)
(4)还有一些特殊用途的语言等等
(二)语言执行方式?
1、编译执行——针对编译语言
简单理解,编译执行就是先将源语言(通常是高级语言)翻译成目标语言机器语言(01码),之后再执行。
源语言——>目标语言的翻译过程,包括词法分析、语法分析、语义分析多个步骤
什么是翻译,用会话语言想一下就懂了,翻译就是从一种语言换成另一种语言的过程(中文—>英文)
(我之所以在这写这么多,是因为这个简单的道理我是经过很久才悟的....)
2、完全解释执行——针对动态语言(脚本语言)
对比编译执行,就是没有翻译的过程,程序由另一个称为解释器的程序(虚拟机)解释执行。
3、混合执行——编译与完全解释的折中
源语言——(翻译)——> 中间语言——(解释执行)——>结果
引入中间语言的目的是什么呢?就是这种语言更便于解释执行
比如Java:
(1)首先,将源代码翻译成中间语言(中间形式)——字节码
(2)Java虚拟机(字节码解释器)对字节码进行解释执行
由此也可以理解,编译有两种可能性:
(1)对于编译语言来说:编译是将源代码编译成能够作用于真机的指令,生成的语言是直接作用于硬件的
(2)对于动态语言来说:编译是将源代码编译成一个中间形式,比如字节码
字节码不是作用于硬件,而是虚拟机
字节码是什么?——就是一系列的字节,每个字节表示一个指令
(三)开发环境
开发环境不难理解,是软件开发中使用的工具集
这个工具集可以只包含一个文件系统、一个文本编辑器、一个链接器和一个编译器,
也可以包含很多集成的工具,每个工具都可以通过统一的用户界面来使用。
二、函数式编程
所以什么是函数式编程呢..........................,首先再复习一下基础知识.....................................
(一)数学函数
数学函数是从一个集合到另一个集合的映射,前者称为定义域,或者称为值域。
映射过程的描述:表达式或者表
特征:
(1)映射表达式的求值顺序由递归表达式和条件表达式控制
(2)给定同一个参数,总是输出值域几个中的同一个元素
1、简单函数——函数名后跟括号内的一组参数,之后是表达式,例如:
f(x)=x*x*x,其中x是实数
此函数:
(1)定义域和值域都是实数
(2)如果执行求f(2),即参数是2,在整个求值过程中,x的值恒为2,不改变
2、λ标记法——提供了一种定义匿名函数的方法。
λ表达式:是一个匿名函数,说明了函数的参数和映射,然而此函数没有名字,
λ表达式和其他函数定义一样,可以有一个以上的参数——λ(x)x*x*x
λ计算:一个使用λ表达式的计算模型
λ计算是函数式编程语言的灵感所在
3、高阶函数——以一个或多个函数作为参数,两种类型
(1)函数组合,有两个函数参数,并生成一个函数
该函数的值是将第一个实参函数应用到第二个实参函数的结果上。
h(x)=f(g(x)); f(x)=x+2; g(x)=3*x;
(2)以单个函数为参数,可以应用到一组自变量上,结果组合成列表或者序列
h(x)=x*x;
a(h,(2,3,4))——>(4,9,16)
(二)函数式程序设计基础
最根本的一点:函数式程序设计语言的目的是尽可能的模拟数学函数!
命令式语言:计算表达式,将结果存储在存储单元中(程序中的变量),这就是赋值语句的作用
纯函数式程序设计语言:
(1)没有变量,没有赋值语言;
(2)没有变量,也因此没有迭代结果(因为迭代是由变量控制的),重复执行必须用递归
(3)程序:就是函数定义和函数应用的说明
(4)程序的执行:对函数应用的求值
(5)给定相同的参数,执行函数总是生成相同的结果,这一特性称为引用透明
这一特性使得语义比命令式语言更简单,更易测试
(6)提供了一组函数,一组函数组成更复杂的函数
ps. 上述均是针对纯函数式语言,但是目前大多数函数语言都包含一些命令式语言的特性,比如变量和赋值语句;
早期的函数式语言通常是用解释器来执行,但现在大多数都是编译执行。
(三)命令式语言对函数式编程的支持(以python为例)
1、lambda表达式——定义匿名函数
lambda a,b : 2*a+b
2、支持高阶函数
(1)函数作为参数传递
1 >>> def f(x): 2 return x*x 3 4 >>> add(-5,9,f) 5 106 6 >>> def f(x): 7 return x*x 8 9 >>> def add(x,y,f):10 print f(x)+f(y)11 12 13 >>> add(2,3,f)14 13
(2)内置的高阶函数map()
map函数有两个参数,一为函数,一为列表,返回值对每一个参数求值
1 >>> map(lambda x:x**3,[1,2,3,4,5])2 [1, 8, 27, 64, 125]3 >>> def f(x):4 return x*x*x5 6 >>> map(f,[1,2,3,4,5])7 [1, 8, 27, 64, 125]8 >>>
(3)内置高阶函数reduce()
map函数有两个参数,一为函数,一为列表,返回值对每一个参数反复调用函数
(4)内置高阶函数filter()——判断
(5)..........
3、支持闭包....
(四)函数式编程的优点
1、适用于并行编程——因为不会修改变量,所以过程中不需要同步互斥;
2、惰性求值:这个需要编译器的支持。表达式不在它被绑定到变量之后就立即求值,而是在该值被取用的时候求值;
3、函数确定性:给定同一个参数,肯定是有一个同样的输出
4、代码更简洁
..........
其他:
1、命令式语言是依据冯诺依曼结构的,但是函数式语言并没有
所以说在当前的体系结构上,函数式语言的优势体现的并不明显,还是难以取代命令式语言
2、纯函数式语言现在很少,大多引入了命令式语言的特性
3、函数式语言近来被关注的越来越多,也正是因为命令式语言加入了对其的支持
4、理解函数式语言,最重要的就是理解它的设计尽可能的依照了数学函数的思想