什么是编程范式？- 掌握所有流行的

介绍

你有没有发现自己想知道当人们谈论“面向对象编程”或“函数式编程”时是什么意思？这些术语听起来令人困惑，让您摸不着头脑，不确定它们的真正含义。

好吧，不用担心！在这篇文章中，我在这里把事情说得很清楚。我们将深入研究编程范式的世界，并用简单明了的语言解释这些概念。我们将探索流行的范式，如面向对象编程和函数式编程，将它们分解为易于理解的想法。

在本文结束时，您将清楚地了解这些编程范式，并能够自信地加入对话。当人们提到这些术语时，不再感到困惑或感到被遗忘！

无论您是经验丰富的开发人员还是刚刚开始编程之旅，这种对编程范式的探索都将拓宽您的视野，使您能够创造性地思考并自信地解决复杂的问题。

所以，让我们直接进入，一起探索这个令人兴奋的世界！

什么是编程范式？

编程范式是程序员用来编写代码的不同方式或方法。就像处理日常任务（例如烹饪或建造）有多种方法一样，编码方法也不同。

将编程范式视为程序员解决问题和构建软件时遵循的不同指令或策略集。每种范式都有其独特的特征和原则，这些特征和原则指导着代码的组织和结构方式。这些不同的方法产生相同的结果，但涉及不同的思维方式和组织过程。

为了更好地理解这个概念，让我们考虑一下制作一杯咖啡的过程。

在制作咖啡时，你可以用不同的方式处理它，就像编程范式提供不同的编码方法一样。在制作一杯咖啡时，您可以按照一组分步说明进行操作，其中每个操作都明确定义（命令式方法）。

您测量水，研磨咖啡豆，将水加热到特定温度，将水倒在咖啡渣上，最后享用一杯咖啡。

每个操作都是明确定义的，您可以完全控制流程的每个步骤。

另一方面，或者，您可以在不指定每个步骤的情况下描述所需的结果（声明性方法）。

你只是说你想要一杯咖啡。这种方法侧重于最终结果，而不是具体的指令。咖啡机负责整个过程，确定水温、研磨大小和其他细节，以达到预期的结果。

在这种情况下，其他人，如咖啡机，已经定义了如何制作咖啡的过程。这些不同的方法产生相同的结果——一杯咖啡——但涉及不同的思维方式和组织过程。

在声明式方法中，执行详细步骤的责任在于其他人或预先存在的系统。

同样，编程范式提供了解决编码挑战的不同方法。一些范式侧重于指定显式指令（命令式），而另一些范式则优先考虑描述期望的结果（声明式）。每种范式都有其自身的优势和注意事项。

哪些编程范式不是？

除了了解什么是编程范式之外，了解哪些编程范式不是同样重要。这种清晰度对于新程序员避免混淆和误解尤为重要。

这种理解将帮助您以更清晰的视角处理该主题，了解每种范式的优势和局限性。

首先，编程范式不是一种特定的编程语言或一套严格的规则。它不是一个放之四海而皆准的解决方案，也不是毫不费力地解决每个编程问题的魔术。

相反，将编程范式视为思维和组织代码的共享方式。它们就像程序员同意并遵循的指导原则和想法。

其次，编程范式不是一个严格的进展或单独的类别。它们可以在编程语言或项目中共存。开发人员经常根据其软件的需求混合和匹配不同的范式。

编程语言并不总是与单一范式相关联。有些语言是为特定范式设计的，但许多语言允许您调整代码以适应不同的范式。

重要的是要明白，使用特定的编程范式并不能保证代码的好坏。无论使用何种范式，代码的质量都取决于开发人员的技能、最佳实践和编码标准等因素。

请记住，编程范式是灵活的框架，而不是严格的规则，允许您在编程环境中导航并在编码过程中做出明智的决策。

我为什么要关心？

简而言之，编程范式是开发人员必不可少的常识。

然而，如果我们深入研究更详细的解释，我们会发现探索编程范式不仅有趣，而且对于扩展你对不同编程方法的理解也至关重要。它超越了通常的工具和技术，鼓励您创造性地思考并探索新的解决问题的策略。

您可能在编码世界中遇到过面向对象编程 （OOP） 或函数式编程等术语。对编程范式有基本的了解有助于你掌握这些概念，并增强你对编程的整体理解。

有没有想过为什么有这么多编程语言？

理解编程范式是解开这个谜团的关键。

每种范式都代表着一种独特的哲学和一套原则，这些原则塑造了开发人员思考和解决问题的方式。

例如，在 OOP 中，开发人员专注于对真实世界的对象及其交互进行建模。他们使用封装、继承和多态性等概念来组织代码并促进代码重用。

采用 OOP 允许采用模块化和直观的开发方法，使开发人员能够根据对象和关系分析问题。这种思维和解决问题的灵活性在软件开发的动态领域中非常有价值。

采用不同范式的开发人员变得更具适应性，可以从不同角度应对挑战。他们拥有更广泛的工具可供使用，使他们能够为特定任务选择最合适的范式，甚至可以组合范式以创建强大的解决方案。

编程范式的类型

虽然有多种编程范式，但我们可以将它们分为两大类：

• Imperative Paradigms：命令式范式侧重于显式定义分步指令来操作程序状态。
• Declarative Paradigms声明式范式侧重于描述期望的结果或结果，而不是明确指定实现它的步骤。

几乎所有主要的编程范式都有一个主要概念，即逐步指示计算机或描述期望的结果，它们可以大致分为命令式或声明式。

然而，每种编程范式都有不同的风格，每种都有自己独特的想法、好处和挑战。

但在本文中，我们将主要关注理解编程范式的命令式和声明性，以使其易于理解。

了解主要的编程范式

到目前为止，我们已经讨论了什么是编程范式以及它们为什么重要。

现在让我们来探讨其中的一些……

注意：请记住，此列表并不完整，因为除了我们将在此处介绍的内容之外，还有其他编程范例。但是，我们将专注于最受欢迎和使用最广泛的。

命令式编程范式

命令式编程是许多编程范式的基础。它由一组详细的指令组成，这些指令被提供给计算机以按给定的顺序执行。

之所以称为“命令式”，是因为作为程序员，我们以一种非常具体的方式准确地规定了计算机必须做什么。

命令式编程侧重于显式定义分步指令来操作程序状态。程序由一系列语句组成，这些语句更改变量的值和控制流。命令式编程为其他范式提供了基本结构。

让我们考虑以下编码问题以了解更多信息：

Problem：给定一个整数数组，求这些数字的平均值。

我们可以使用不同的编程范式来解决这个问题，例如命令式、过程式、面向对象、函数式和声明式编程。

在命令式编程中，我们将遍历数组，跟踪遇到的数字的总和和计数。我们可以使用循环和累加器变量来更新总和。

下面是 JavaScript 中的示例解决方案：复制复制

const numbers = [10, 20, 30, 40, 50];
let sum = 0;
let count = 0;

// Iterate through each element in the numbers array
for (let i = 0; i < numbers.length; i++) {
  // Accumulate the sum of the numbers
  sum += numbers[i];
  // Increment the count of elements
  count++;
}

// Calculate the average by dividing the sum by the count
const average = sum / count;

// Output the calculated average
console.log(average);

在这里，我们定义必要的变量 sum 和 count，并将它们都初始化为 .然后，我们继续进行循环，遍历数字数组中的每个元素。0

在循环中，我们通过将每个元素添加到 sum 变量中来累积数字的总和，同时递增 count 变量以跟踪遇到的元素数量。

循环完成后，我们通过将累积总和除以元素计数来计算平均值。结果存储在平均变量中。

最后，我们使用 将计算出的平均值输出到控制台。console.log(average)

在这个命令式解决方案中，我们专注于描述“如何”执行任务，为程序提供详细和具体的说明。我们是 我们显式地遍历数组中的每个元素，累积总和，并跟踪计数。

命令式编程语言（如 C、Pascal 或 Python）遵循分步方法来执行代码。开发人员向计算机提供明确的指令，准确指定如何执行每项任务。这种级别的控制和特异性允许对程序状态进行细粒度操作，并实现对程序流的精确控制。

命令式编程在需要详细控制的场景中特别有用，例如低级编程、算法实现或效率是主要关注点的情况。

但是，它有时会导致冗长和复杂的代码，尤其是对于大型应用程序。因此，在采用命令式编程时，必须在显式指令和代码可读性之间取得平衡。

过程编程范式

过程编程是一种编程范式，专注于将程序分解为一组过程或函数。它强调将程序划分为更小、可管理的代码块，这些代码块可以按特定顺序执行。

它与命令式编程密切相关，可以看作是命令式编程的一个子集。过程编程通过引入函数或过程的概念来扩展命令式编程。它仍然共享向计算机提供分步指令的基本思想，指定要执行的精确操作顺序。

过程编程的主要优点之一是它强调代码模块化和可重用性。通过将程序分解为单独的过程或函数，开发人员可以创建可重用的代码块，这些代码块可以从程序的不同部分调用。

这促进了代码组织，简化了维护，并减少了代码重复。过程封装了一组指令，使代码更易于管理且更易于理解。

过程编程提供了一种结构化的程序设计方法，适用于可以划分为逻辑顺序步骤的问题。它允许开发人员专注于特定的任务或子例程，从而更容易推理和调试代码。

下面是一个示例，该示例演示了使用前面计算数字列表平均值的问题进行过程编程：复制复制

function calculateAverage(numbers) {
  const sum = sumNumbers(numbers);
  const count = numbers.length;
  const average = sum / count;
  return average;
}

function sumNumbers(numbers) {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < numbers.length; i++) {
    sum += numbers[i];
  }
  return sum;
}

const numbers = [10, 20, 30, 40, 50];
const result = calculateAverage(numbers);
console.log(result);

在此示例中，我们定义了将数字数组作为输入的函数。我们没有像在命令式范式中那样计算函数中的总和和，而是引入了一个单独的函数来计算数字的总和。calculateAveragecalculateAveragesumNumbers

该函数调用函数来获取 ，使用数字数组的长度计算，然后通过将总和除以计数来计算平均值。calculateAveragesumNumberssumcount

通过将问题分解为可重用的函数，过程编程促进了代码的模块化和可重用性。每个函数都有特定的职责，使代码更易于理解和维护。

过程编程通常用于 C、Pascal 和 Fortran 等语言。

然而，许多现代语言，包括 Python 和 JavaScript，也支持过程编程以及其他范式，允许开发人员为他们的项目选择最合适的方法。

面向对象编程范式

面向对象编程 （OOP） 是最流行和广泛使用的编程范式之一。它侧重于将现实世界的实体表示为对象，并围绕这些对象组织代码。

它提供了一种通过将相关数据和行为分组到对象（类的实例）中来构建程序的方法。面向对象编程建立在命令式编程和过程式编程的基础之上。

它采用将程序分解为更小的、可重用的部分（函数或过程）的概念，并将其扩展到封装数据和行为的对象。

OOP 中的对象充当独立的实体，可以通过定义良好的接口相互通信和交互。这增强了代码组织并促进了可重用性，从而允许更加模块化和可维护的代码库。

在面向对象的范式中，对象是基本的构建块。对象封装了对该数据进行操作的数据（称为特性或属性）和行为（称为方法）。对象通过方法调用相互交互，并可以通过发送消息进行通信。

OOP 引入了类的概念，类是用于创建对象的蓝图。类定义对象的结构和行为，包括其属性和方法。对象是类的实例，这意味着它们是基于类定义创建的。

注意：有多种类型的 OOP 范式，例如基于原型的范式和基于类的范式。

面向对象编程中的关键概念包括：

• Encapsulation：封装就像把相关的东西放在一个盒子里。它使某些信息保持私密，并提供了一种通过公共接口与之交互的方法。
• Inheritance：遗传就像将特征从父母传给孩子一样。它允许新类从现有类继承属性和行为。
• Polymorphism：多态性就像在不同的上下文中使用同一个词来表示不同的事物。它允许将不同类型的对象视为同一类型。
• Abstraction：抽象就像简化复杂的东西。它专注于重要部分，同时隐藏不必要的细节。

下面是一个示例，它使用前面计算数字列表平均值的问题演示了面向对象的编程范式：复制复制

class AverageCalculator {
   constructor(numbers) {
     this.numbers = numbers;
   }
    calculateAverage() {
     const sum = this.sumNumbers();
     const count = this.numbers.length;
     const average = sum / count;
     return average;
   }
    sumNumbers() {
     let sum = 0;
     for (let i = 0; i < this.numbers.length; i++) {
       sum += this.numbers[i];
     }
     return sum;
   }
 }

 const numbers = [10, 20, 30, 40, 50];
 const calculator = new AverageCalculator(numbers);
 const result = calculator.calculateAverage();
 console.log(result);

在这个面向对象编程的例子中，我们定义了一个类，该类表示一个计算器对象，用于计算数字列表的平均值。该类具有一个将数字数组作为输入并将其分配给属性的类。AverageCalculatorconstructornumbers

它还定义了两种方法：计算平均值和计算数字之和。我们通过将 numbers 数组传递给构造函数来创建类的实例。calculateAverage()sumNumbers()AverageCalculator

然后，我们在实例上调用该方法来获取平均值。calculateAverage()

最后，我们将结果记录到控制台。在这种 OOP 方法中，我们将数据（数字数组）和行为（计算方法）封装在类中。AverageCalculator

通过创建类的实例，我们可以对不同的数字集进行平均计算，从而促进可重用性和模块化。

面向对象编程为软件开发提供了一种模块化和可扩展的方法。它允许创建可重用的代码组件，增强代码组织，并促进复杂系统的建模。

OOP 广泛用于 Java、C++ 和 Python 等语言中，以构建健壮且可扩展的应用程序。

声明式编程范式

声明式编程是一种编程范式，它侧重于表达期望的结果或结果，而不是指定实现它的确切步骤。这一切都是为了隐藏复杂性，使编程语言更接近人类语言和思维。

它与命令式编程形成鲜明对比，在命令式编程中，程序员提供有关如何执行任务的指令。在声明式编程中，重点是需要实现什么，将实现细节留给底层系统或框架。

此范式利用声明、约束和高级抽象来描述问题域并定义所需的行为。它包含各种子范式，例如函数式编程、逻辑编程和数据库查询语言，每种子范式都有其独特的特征。

声明式编程的主要功能包括：专注于指定所需的结果、表达约束和关系、采用高级抽象、促进代码可重用性，以及强调数据转换而不是直接状态操作。

让我们以计算数字列表的平均值为例来演示声明式编程范式：复制复制

const numbers = [10, 20, 30, 40, 50];
const sum = numbers.reduce((acc, num) => acc + num, 0);
const average = sum / numbers.length;

console.log(average);

在此示例中，我们使用 reduce（JavaScript 中的一个高阶函数）以声明方式计算数组中数字的总和。我们提供了一个定义累积逻辑的回调函数。reduce 方法遍历数组的每个元素，通过添加当前元素的值来更新累加器。

最后，我们将总和除以数组的长度来计算平均值。

看到使用 reduce 函数时，我们并没有明确地告诉计算机遍历数组。我们只需说出我们想要的（“reduce”），然后通过添加当前元素的值来更新累加器。

通过利用高阶函数和方法链，这种声明式编程方法使我们能够简洁地表达复杂的计算。重点是描述所需的结果（总和和平均值计算），而不是指定分步过程。

声明式编程的优点之一是它能够提高代码的清晰度、可重用性和可维护性。通过将问题描述与实现细节分开，声明式编程增强了代码的可读性，并降低了引入错误的可能性。

它使程序员能够将计算表示为函数和转换的组合，从而促进代码组织和理解。

注意：需要注意的是，虽然声明式编程隐藏了实现细节的复杂性，但计算机仍然使用命令式代码处理信息。

函数式编程范式

函数式编程是另一种广泛使用的编程范式，与声明式编程密切相关，通常被认为是声明式编程的一个子集。

函数式编程将函数视为一等公民，使它们能够分配给变量，作为参数传递，并从其他函数返回。该范式侧重于不可变性、纯函数和高阶函数。

纯函数是函数式编程的基础。他们完全依靠他们的输入来产生结果，没有副作用。无论上下文如何，纯函数将始终为相同的输入生成相同的输出。这增强了代码的可靠性和可预测性。

Haskell、Lisp 和 JavaScript（以及 React 等库）等函数式编程语言促进了作为一等公民使用函数，并鼓励声明式和简洁的编码风格。该范式不鼓励可变状态和数据修改，从而提高了代码的可靠性和可预测性。

函数式编程强调高阶函数，它提供了灵活性，并实现了函数组合和可重用性。通过强调模块化和避免副作用，函数式编程可以更轻松地识别和分离代码库中的职责，从而提高代码的可维护性。

以计算数组平均值为例，我们可以演示函数式编程方法：复制复制

const numbers = [10, 20, 30, 40, 50];

// Function to calculate the average 
const calculateAverage = (arr) => {
   const sum = arr.reduce((acc, num) => acc + num, 0);
   const count = arr.length;
   return sum / count;
};

// Calculate the average using the functional approach 
const average = calculateAverage(numbers);
console.log(average)

在这个函数式编程示例中，代码几乎与声明式范式相同，但我们将迭代包装在一个名为 .它使用 reduce 方法计算数组中数字的总和，然后将其除以数组的长度以获得平均值。calculateAverage

该函数是一个纯函数，因为它完全依赖于其输入，并在不修改任何外部状态的情况下生成可预测的输出。这促进了代码的可重用性、模块化和更简单的测试。calculateAverage

通过将逻辑封装在函数中，我们可以确保它不会修改其范围之外的任何内容。它在函数中处理其信息，并且不会对周围的代码产生任何副作用。calculateAverage

函数式编程鼓励主要使用函数编写程序。通过促进代码模块化、不变性和无副作用，函数式编程增强了代码的可靠性和可维护性。

选择正确范式的重要性

对于初学者来说，选择正确的编程范式有时似乎毫无意义。

毕竟，大多数范式在许多情况下都可以正常工作，完成工作是主要目标。但是，选择适当的范式涉及考虑直接功能以外的各种因素。

范式对代码管理、项目可扩展性、代码性能和软件开发的其他方面有重大影响。仅仅达到预期的结果并不足以成为选择范式的理由。评估范式与项目要求和长期目标的一致性至关重要。

一个合适的范式可以提高代码的组织性、可维护性和可读性。它可以为未来的可扩展性和易于维护提供必要的结构。

此外，某些范式可以优化代码性能，使其更加高效和资源友好。

因此，必须权衡不同范式的利弊，并评估它们与项目特定需求的兼容性。这不仅仅是为了完成工作;这是关于选择能够最好地解决软件开发的更广泛方面并为项目的成功做出贡献的范式。

如何选择正确的范式

在了解了选择正确范式的重要性之后，您可能想知道如何为您的项目或开发需求选择正确的范式。

必须承认，选择适当的范式是一项复杂的任务，需要对编程原理有深刻的理解，并具有使用不同范式的丰富经验。

但是，为了获得基本的理解，让我们探讨一下在选择正确的编程范式时应考虑的一些关键点：

• Nature of the Problem：考虑您要解决的问题的性质。一些范式自然而然地与特定类型的问题保持一致。例如，函数式编程非常适合复杂的数学计算或数据转换。
• Project Requirements：评估项目的具体要求。每种范式都具有不同的优势。如果代码组织、模块化和重用很重要，那么面向对象的范式可能是一个不错的选择。
• Team Expertise：考虑开发团队的专业知识和经验。如果他们精通特定范式，利用他们的专业知识可以提高效率。然而，探索新的范式也可以提高他们解决问题的能力并拓宽他们的技能。
• Available Resources：考虑支持您正在考虑的范式的工具、库和框架的可用性。一些范式拥有广泛的生态系统和资源，可以促进发展。
• Compatibility and Integration：考虑特定范式与现有代码库或外部系统的集成程度。保持一致性可能是有益的，但选择与外部系统良好匹配的范式可以简化集成工作。
• Hybrid Approaches：请记住，您并不局限于单一范式。许多编程语言支持多种范式，并允许混合方法。您可以组合范式，以在项目的不同方面利用它们的优势。

归根结底，编程范式的选择应基于对项目需求、问题域、团队专业知识和可用资源的仔细考虑。评估每种范式的优势和局限性，并确定它们与您的特定需求的匹配程度。

关于编程范式的误解

在本文的这一点上，我们已经介绍了所有主要的编程范式和选择正确的范式。

现在，让我们解决在讨论编程范式时经常出现的两个常见误解。

误解1：“一种范式优于其他范式”

需要注意的是，没有一种编程范式天生就优于其他范式。每种范式都有其优点和缺点，其有效性取决于应用它们的背景。

编程范式的选择应基于项目的具体要求、问题域、团队专业知识和可用资源。一个适用于一个项目的范式可能并不适合另一个项目。

与其将范式视为竞争对手，不如将它们视为开发人员工具包中的工具，这样会更有效率。每种范式都提供了独特的方法和技术，可用于有效地解决不同类型的问题。

此外，许多现代编程语言支持多种范式，允许开发人员根据需要混合和匹配方法。结合范式的混合方法通常可以带来更灵活、更强大的解决方案。

关键是要对不同的范式及其基本原则有广泛的了解。这些知识使开发人员能够做出明智的决策，并为给定的情况选择最合适的范式。

请记住，编程的目标是有效和高效地解决问题。通过拥抱编程范式的多样性并了解其优势，开发人员可以释放其全部潜力并创建创新和高质量的软件解决方案。

误解2：“一个范式统治一切”

关于编程范式最有趣的误解是相信“一个范式来统治他们所有人”。这就像认为有一种神奇的编程方法可以解决所有问题，并且优于所有其他方法。想象一下，如果有一个传奇的编程范式，它拥有所有的答案，就像编程的超级英雄一样。

这种误解幽默地表明，这种神话般的范式将非常强大、高效和适应性强，能够毫不费力地应对任何软件挑战。

但现实情况是：编程范式是多种多样的，并且是为不同的目的而设计的。每种范式都有自己的优势和局限性，没有一种范式可以适用于每种情况。这就像说有一个完美的工具可以解决任何问题，从修理漏水的水龙头到建造摩天大楼！

在软件开发的现实世界中，项目具有独特的要求和要求。这就是为什么开发人员需要了解各种范式并针对每种情况选择最合适的范式。这是关于为正确的工作使用正确的工具，而不是寻找神话般的多合一解决方案。

因此，虽然“一个范式统治所有人”的想法很幽默，但它提醒我们，编程是多样化和令人兴奋的，有一系列的范式可供探索和组合。拥抱这种多样性使开发人员能够调整他们的方法，创造性地解决问题，并构建强大而创新的软件。

结论

编程范式在塑造开发人员解决问题和代码组织的方式方面发挥着至关重要的作用。每种范式都有其独特的特征和方法，为开发人员提供了不同的工具来有效地解决不同类型的问题。

无论是命令式的、面向对象的、函数式的还是范式的组合，选择正确的方法都会极大地影响软件项目的质量和成功。

继续探索这些范式，试验它们的原理，并扩展你的编程工具包。凭借对不同范式的深刻理解，您将有能力自信和创造性地应对各种编程挑战。

快乐编码:)

资源

• https://www.freecodecamp.org/news/an-introduction-to-programming-paradigms/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Programming_paradigm