编程范式发展史

计算机本身是从数学发展出来的,因此最早的编程人员反而都是数学家。但到了现在,我们不得不承认,计算机的工程师们和数学系的学者们,在思维方式上已经没有多少共通之处了。这一方面印证了计算机产业的发展之快,另一方面却让我们开始思考,这种分道扬镳般的差异,到底是不是一种好事?

正所谓,天下大势,分久必合,合久必分。在计算机的发展历程中我也隐隐约约看到了“合”的曙光。

Lisp语言,于1958年由[约翰·麦卡锡(John McCarthy)发明,堪称世界上最早的编程语言之一。然而,这门语言一直没能进入广大编程人员的学习列表中,因为它太“数学”,太符号化,太抽象了,不过,可能更深一层的原因在于,Lisp根本就不是一门编程语言,而是一门数学语言。Lisp语言最大的缺点,也是其最大的优点,在于它在设计之初就从未考虑过计算机的实现问题。Lisp是数学家用来表达算法的工具,与其他的数学公式或定理一样,简洁又完备。

而编程语言一直到近代,从汇编到C到Java,都是站在计算机的角度,考虑CPU的运行模式和运行效率,以求通过设计一个高效的编程语言,作为人与计算机之间沟通的桥梁。因为计算机本质上是串行执行一个个指令流,因此编程语言也被设计为命令式编程(Imperative Programming),先算什么再算什么,怎么输入怎么计算怎么输出,全部由编程人员决定。后来,大家发现冯·诺伊曼结构将数据和指令平等化的思想能够帮助我们更好地对程序段进行划分,实现模块化,因而慢慢地出现了面向对象编程(Object-Oriented Programming)将数据和指令作为一个个小的整体来处理,再通过继承、多态、封装等特性,极大地降低了大型程序的数据耦合度。

然后就到了现在,随着各界精英的不懈努力,摩尔定律顽强地维持了数十年,如今终于疲惫不堪了。当技术达到这个极限时,我们又该如何适应日益增长的计算需求,电子元件厂商给出了答案,就是多核。多核并行程序设计就这样被推到了前线,而命令式编程天生的缺陷却使并行编程模型变得非常复杂,无论是信号量,还是锁的概念,都使程序员不堪其重。同时,计算机开始朝集群化发展,涌现出了大数据、云计算、异构并行等诸多全新的领域。底层体系结构的变革也势必需要上层编程语言进行新的探索,Lisp语言,这个数学系出生年过半百的老者,又一次重获新生,被大家所关注。但事实上,即使在现在看来,我们的计算能力也没有奢侈到能够在完全不顾及计算机系统运行方式的前提下使用完整的Lisp语言,性能依然是我们需要考虑的一个重要指标,因此,一直在计算机界的角落里默默成长的大批[函数式编程语言(Functional Programming)开始展露头角。

命令式编程、面向对象编程、函数式编程,虽然受人追捧的时间点各不相同,但是本质上并没有优劣之分。或者说,它们各自都有各自的优缺点,都有各自适合的领域。比如,命令式语言更适合批处理脚本的编写,面向对象语言更适合GUI界面的处理,函数式语言则更适合大量数据的并行处理,等等。在我看来,未来编程语言的发展趋势,应该是这几种编程范式的相互融合,在保证运行效率的前提下,提供更加人性化,更具语义特征的语言框架。事实上,函数式语言的许多特性,如高阶函数、函数闭包等,已经被Java、C#等主流语言所吸收。

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