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冒号和他的学生们

——程序员提高班纪事

11 ．编程范式：情景编程

理论是认生的孩童，陪他多玩玩，自会活泼起来                             ——题记                             

叹号摘下眼镜，揉了揉眼：“范式再好，多了也难免有些审美疲劳。”

逗号也搓着太阳穴：“现在脑子被灌得沉甸甸的。”

“彼此彼此！你们的脑袋闹涝灾，我的喉咙闹旱灾。”冒号说着，拿起矿泉水瓶一饮而尽。

大伙听着怪别扭的，这不是拐着弯说我们脑子进水了吗？

冒号清了清嗓子：“为尊重民意，也为避免消化不良，大家先放松一下。下面我们来个情景编程 。”

“情景编程？没听说过，只听说过情景英语。”问号觉得新鲜。

“都是学语言嘛，有何两样？”冒号轻描淡写，“让我们试着用生活中的实例将一些编程范式串联起来。前面提到， OOP可以看作管理一个服务型公司，现在以餐馆为例，你们每人设计一类对象及其提供的服务。”

问号来了兴致：“我先来吧。构造一个前台接待员，负责迎客、引座、送客。”

句号很是不满：“还真不客气，上来就把最漂亮的对象抢走了。”

台下一阵笑声。

“我来构建最常见的服务员。”逗号一捋袖子，似乎准备开干的样子，“负责斟茶、写菜、上菜、换盘。”

“嗯，很熟练。”冒号一本正经。

句号实在得很：“我设计收银员，专管收帐、出具发票。”

引号颇为自豪：“我造一个技术含量最高的大厨，专门负责烹调。”

逗号不服：“你倒简单，那么高的技术含量，敢情炒肉和炖肉一个做法啊？”

引号自觉理亏：“那就负责蒸、煮、炒、炖吧。”

冒号为其辩护：“引号同学并没有错，可惜没能坚持。厨师只需提供一种服务：把纸上菜变成盘中菜，至于蒸、煮、炒、炖等具体做法纯属实现细节。”

叹号有点委屈：“唉，看来我只好做技术含量最低的厨工了，负责食品预加工、洗碗、打扫清洁。”

冒号将大家设计的类翻译成 Java ——

// 前台接待员

Class Receptionist

{

      public void receive(Customer)                    {…} // 迎客

      public void usher(Customer)                                    {…} // 引座

      public void send(Customer)                                    {…} // 送客

}

// 服务员

Class Waiter

{

public void pourTea(Customer)                 {…} // 斟茶

      public List<Order> write(Customer)                        {…} // 写菜

      public void serve(Customer, Course)                        {…} // 上菜

public void exchangePlate(Customer)            {…} // 换盘

}

// 收银员

Class Cashier

{

      public void charge(Customer)                                {…} // 收帐

      public void issueInvoice(Customer)             {…} // 出具发票

}

// 厨师

Class Cook

{

      public Course cook(Order)                             {…} // 烹调

}

// 厨工

Class KitchenHand

{

public void prepareFood()                          {…} // 准备食品

      public void washDishes()                            {…} // 洗碗

public void clean()                                          {…} // 打扫清洁

}

“你们造人，我来造物。”冒号构造了一个餐馆的类——

// 餐馆

Class Restaurant

{

// 每当有顾客来访，返回该顾客

private Customer accept() {…}

      // 为指定顾客提供所有的餐馆服务

private void serve(Customer customer) {…}

// 餐馆服务

public void service()

{

                  while (true) // 无限循环，假设餐馆 7 × 24 小时营业

                  {

                              final Customer customer;

                              if ((customer = accept() ) != null) // 某顾客来访

                              {

                                          serve(customer);  // 为该顾客提供服务

}

}

}

}

冒号解说道：“这里 accept类似 Socket的 accept，属于堵塞呼叫 （ blocking call），意味着此方法将堵塞进程直至收到新数据。为简单计，把一行顾客当作一个 Customer。大家对此段代码有何看法？”

“没什么，很简单啊。”逗号说完补充一句，“关键是 serve方法的实现。”

“这里我们明显用到了两个范式，对象式 和过程式 。”冒号提示道。

引号会意：“应该还需要并发式。 serve如果与 service在同一线程中运行，那么餐馆只有等服务完一个 Customer后才能服务后面的，这显然是荒唐的。”

“对极了！”冒号将“ serve(customer);”改写为——

// serve(customer);   // 错误地使用单线程！

new Thread              // 构造一个线程

(new Runnable()

{

                   public void run(){ Restaurant.this.serve(customer); }

}).start();         // 启动该线程

冒号解释：“这回 serve在新线程中运行，不会耽误 Restaurant服务下一位 Customer了。”

问号眼尖：“我注意到声明 customer时前面加上了关键字 final，有必要吗？”

“如果不用线程，是不必要的。”冒号回应道，“我们在建造线程时用到了实现 Runnable接口的匿名类 （ anonymous class），它是涉及到局部变量 customer的内部类 （ inner class）， Java语法要求该局部变量必须是 final类型。值得一提的是，这里不仅用到了并发式 ，而且与函数式 也密切相关。”

“函数式？”逗号奇道。

“不错。”冒号坚定地点着头，“函数式的一个重要特征是：函数是头等公民 （ first-class citizen），即与其他基本数据类型一样，可以作为传递参数、作为其他函数返回值或与变量名绑定。闭包 （ closure）便是这样一种函数，并且能保留当初创建时周围的环境变量。以上匿名类本质上是函数 serve的包装，经实例化后作为参数传入 Thread的构造函数，并且记住了外部类的局部变量 customer——这也是为什么它必须是 final以保证不被重新赋值的原因。应该说这是一种 OO化的闭包形式，预计在 Java 7中它的用法会更简洁。”

句号自告奋勇：“我来具体实现 serve吧。”

得到冒号的默许，句号在黑板上写下——

private void serve(Customer customer)

{

       // 找一个空闲的接待员

Receptionist receptionist = findReceptionist();

receptionist.receive(customer);

receptionist.usher(customer);

            // 找一个空闲的服务员

Waiter waiter = findWaiter();

waiter.pourTea(customer);

List<Order> orders = waiter.write(customer)  ;

// 将菜单交给一位厨师

Cook cook = waiter.pass(orders);

for (Order order : orders) // 厨师照单做菜

{

            Course course = cook.cook(order);

            // 找一个空闲的服务员

waiter = findWaiter();

// 服务员上菜

waiter.serve(customer, course);

// 顾客开始享用

customer.eat(course);

}

// 顾客用餐完毕。。。

      // 找一个空闲的收银员

      Cashier cashier = findCashier();

      cashier.charge(customer);

      cashier.issueInvoice(customer);

       // 找一个空闲的接待员

receptionist = findReceptionist();

receptionist.send(customer);

}

句号写毕又复查一遍，拍拍手上的粉笔灰，心满意足地走下台来。

叹号提意见：“我的厨工没派上用场，应该在厨师烹调前调用 KitchenHand的 prepareFood方法。”

问号挑出另外的毛病：“在 for循环中，厨师、服务员和顾客的行为应该在不同的线程中，厨师不可能等服务员上完一道菜或顾客吃完一道菜后才做下一道。”

“可能更复杂呢！”逗号也来凑热闹，“一位顾客点的几样菜可能分别由几位厨师同时做，每位厨师都在不同的线程中工作。”

引号更严谨：“还应有一个后台线程，让 Waiter随时 exchangePlate，让 KitchenHand随时 washDishes和 clean，这样所有服务人员提供 的 服务都用上了。”

句号吸口凉气：“估不到漏洞这么多，并发式真是无处不在啊。”

冒号指着引号：“刚才有人不满你的大厨职责过于简单，现在你来实现一下，也好显显技术含量。”

引号在台上摸了半天头，编出一段代码——

Class Cook

{

      public Course cook(Order order)

{

            // 根据菜单查食谱

Recipe recipe = lookupRecipe(order);

// 找到食谱的烹调步骤

List<Instruction> instructions = recipe.getInstructions();

for (Instruction instruction : instructions)

{

follow(instruction); // 按食谱的指令操作

}

}

}

“堂堂大厨原来是靠查食谱做菜的。”逗号揶揄道。

引号为难地说：“这不是在编程嘛，好端端的人脑，不得不去模拟电脑，完全搞倒了。”

“要设计会烹调的机器人，兴许还真得这样呢。”冒号笑道，“不过由于各种菜式组合繁多，如果每种菜都配菜谱未免太庞杂，如何精简呢？”

句号建议：“菜式成千上万，烹调技法相对少许多，不妨以技法为主线。”

“好主意！”冒号挑起大拇指，“如果把待加工的菜看作数据，技法看作算法，将数据与算法分离，以算法为中心，那是什么范式？”

“泛型式 ！”大家异口同声。

  “至此我们已涉及了过程式、对象式、并发式、函数式和泛型式。”引号如数家珍，“还差逻辑式、元编程和切面式了。”

    冒号把目光转向逗号：“写菜单并不容易，如果客人不直接点菜，你的服务员如何向他推荐？”

逗号答：“最简单的方法是报菜名，并一一询问客人。”

冒号皱眉：“这样你是简单了：一个迭代就搞定，可客人也该发火了。”

逗号赶紧修正：“先询问客人的口味、忌讳等等，再向他建议一些菜式。”

“这还差不多。”冒号眉头舒展开来，“考虑到客人的口味、忌讳等各有不同，餐馆的菜单也随时可能变化，如果把这些都硬编码（ hardcode），代码将成为懒婆娘的裹脚——又臭又长又难维护。”

引号提议：“可以把这些信息预先存入数据库，届时用 SQL查询。”

“想法很好，只是有一点难度。”冒号提醒道， “这些信息并非简单的对应关系，包含一些逻辑推理，甚至需要一些模糊判断。”

句号一拍大腿：“前面不是提到领域特定语言 DSL吗？将所有规则用自定义的 DSL编写，再利用元编程 转换成 C、 Java之类的通用语言，不是很好吗？”

“棒极了！”冒号不吝赞词，“不过还有一种思路。我们可以搜集餐馆的菜式、顾客口味、忌讳以及各种菜与口味、忌讳之间的关系等等一系列事实和规则，用规则语言 （ Rule Language）如 RuleML、 SWRL、 Jess等来描述，通过规则引擎 （ Rule Engine）来导出符合顾客需求的菜肴。这种方式将业务规则与应用程序分离、将知识与逻辑实现分离，是 SoC原理的一种应用，同时也是一种逻辑式 编程。”

问号关心地问：“这些规则引擎与 Java程序兼容吗？”

冒号回答：“不少规则引擎用 Java实现或专为 Java平台设计，如 Jess、 Drools、 JLisa等，另外 Sun还发布了 javax.rules API (JSR 94)以统一对各类引擎的访问接口。”

讲到此处，每个人都意识到，只剩下最后一个范式了。

冒号提出新问题：“假如餐馆经理接到顾客投诉，反映服务人员态度不好，卫生状况也不理想，应该怎么办？”

问号抢先说：“首先我的接待员在 receive时要笑容可掬地对顾客说：‘欢迎光临！’，在 send时要对顾客鞠躬：‘请慢走，欢迎下次再来’”

逗号接着说：“我的服务员在上完菜后应对客人说：‘请慢用’，句号的收银员也应加些礼貌用语，让人家高高兴兴地掏钱。”

句号补充道：“服务员在 serve前、厨师在 cook前应洗手，厨工在 washDishes后应对餐具消毒。”

冒号紧接着问：“如果餐馆对礼貌规范或卫生标准做修改，必然要牵扯不同类中的不同的方法，维护起来很不方便，怎样才能有效地解决这个问题呢？”

答案已经昭然若揭了。

冒号干脆自问自答：“不错，正是用切面式 编程。只要创立两个 Aspect： Etiquette和 Sanitation，分别负责礼貌规范和卫生标准方面的事务。一旦某一方面的要求发生变化，比如餐馆来了外宾，或者碰上非典或禽流感，只需在相应的 Aspect模块中作调整：将礼貌用语换成英语或者提高卫生标准等等。如果采用 runtime AOP，甚至还可在运行期 选择激活或禁用这些 Aspect。”

下面开始有些骚动，大家早已脑中满满而腹中空空，有些头重脚轻了。

冒号见状，遂发出激动人心的号召：“今天的课到此结束，让我们从虚拟的餐馆中走出，到真实的餐馆中去吧。”

众人齐声欢呼。

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冒号和他的学生们

——程序员提高班纪事

3. 语言选择

尺有所短，寸有所长                                                                 ——《楚辞》

    问号觉得自己的问题并未解决，追问：“这么多种语言，仅凭流行度就能分出主次优劣吗？”

“流行度当然不是唯一的指标。”冒号答道，“语言的主次优劣因人而异，答案在你们自己身上。还是刚才那句话，唯一的老师是你自己。”

    看到大家期待的目光开始黯淡，冒号接着说：“评书里名师授艺时，常常要徒弟自己挑选称手的兵器。威武的刀，灵活的枪，飘逸的剑，浑厚的棍，粗犷的斧，霸道的锤，诡异的鞭，无不谙合武者的个性。评判语言优劣，如同争论兵器高下，倘若撇开使用的主体和对象，皆为空泛之谈。”

句号若有所悟：“所以好的语言就是适合编程者和解决对象的语言 。”

“非常正确！”冒号赞许道：“这就是问号同学要的答案。”

引号并不满足：“可我记得评书里经常描述高手的一句话 ­：十八般兵器样样精通。”

    冒号一笑：“兵器虽多，其理相通，高手精通多种兵器何足为奇？但如果让赵云使锤，李元霸使枪，武力恐怕还是要大打折扣吧？”

逗号依然困惑：“我们如何判断一种语言是否适合自己，是否适合解决对象呢？”

冒号看出大家共同的疑惑，不紧不慢地说：“要想从中选择，自然先得了解，不然怎知兵器称不称手，合不合用？现在进入正题，我们先对计算机语言作个简要的回顾。”

大伙均想，总算要挠着痒处了。

“计算机语言是人用来指挥计算机的语言，按其发展历程通常分为五代。”冒号说完在黑板上写下——

第一代语言（ 1GL ）：机器语言

第二代语言（ 2GL ）：汇编语言—— IA-32 Assembly ， SPARC Assembly 等

第三代语言（ 3GL ）：高级语言—— Fortran ， Pascal ， C ， Java ， VB 等

第四代语言（ 4GL ）：面向问题语言 ­ —— SQL ， SAS ， SPSS 等

第五代语言（ 5GL ）：人工智能语言—— Prolog ， Mercury ， OPS5 等

冒号补充道：“也可简单地将前两代统称为低级语言，其他的统称为高级语言。语言从低级到高级，离机器语言更远，离人类语言更近，因而更易读写、调试和维护，安全性、通用性和可移植性更强，开发效率更高，更加抽象和宏观；但同时运行速度和效率下降，用法和功能上局限性更大。如果拿兵器作比，高级语言好比长兵器，威力强大却难免滞重，长于大型应用，可谓‘一寸长，一寸强’；低级语言好比短兵器，轻便灵活却难免风险，长于底层应用，可谓‘一寸短，一寸险’。”

大伙心里话，敢情来这儿不像是学编程的，倒像是学武术的。

叹号说道：“我看还是高级语言好，现在谁还学低级语言啊？”

冒号纠正道：“低级语言既不低级也不过时，只是随着高级语言的出现，计算机硬件性能的提高，渐渐有些边缘化了。虽然几乎没有人用机器语言编程了，汇编语言仍有其用武之地。常见的有：包括嵌入式系统在内的系统开发，如操作系统、编译器、驱动程序、无线通讯、 DSP、 PDA、 GPS等；其他对资源、性能、速度和效率极为敏感的软件开发；以信息安全、软件维护与破解等为目的的逆向工程等等。即使你不打算从事系统开发，也不想作红客、黑客或骇客，掌握汇编语言对你深入了解计算机内部运行机制、调试软件和改进程序中某些关键代码的算法也是有帮助的。”

引号提出：“好像有些书上把 C语言称为中级语言。”

冒号答道：“这是因为 C兼具高级语言和低级语言的特征。一方面它提供了高层抽象和可移植性，使程序员更多地专注问题逻辑而不是机器逻辑；另一方面它也提供诸如指针、位字段（ bitfield）等工具进行底层操作，甚至可直接内嵌汇编代码。 C语言既简洁灵活又高效强大，是迄今为止最具影响力的语言。几乎所有的操作系统和大多数高级语言都用它来实现， C家族的语言 C、 C++、 Java、 C#、 D、 Objective C等占据主流语言的半壁江山。如果再拿兵器作比， C语言就是一把剑，轻灵飘逸、锐利快捷。一名武将无论擅用什么兵器，往往都会腰悬宝剑。不会 C的程序员正如不会使剑的武将，无论如何都是一种缺憾。相比之下，汇编语言就像小刀匕首，而机器语言则近乎赤手空拳了。”

句号灵光一闪：“我明白了——西门吹雪的西来一剑，那是 C语言；李寻欢的小李飞刀，那是汇编语言；陆小凤的灵犀一指，那是机器语言。”

大家会心地笑了。

冒号也笑言：“这位是古龙的粉丝吧？武侠小说里的侠客多轻功高绝且喜单打独斗，故使用轻、短兵器居多；而历史小说里的战将多骑马进行大规模作战，故除了佩剑外，使用重、长兵器居多。这就是前面提到的，中低级语言更适合中小型或底层应用，高级语言更适合大型应用。”

众人活跃起来，开始议论纷纷。冒号放耳听去，净是些古龙金庸、三国水浒里的人物，暗想：通俗小说到底比编程吸引人啊。

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    2. 首轮提问

敬畏老师莫如敬畏真理                                                                 ——题记

众人面面相觑，一阵沉默后开始窃窃私语，显然有些不太习惯这种教学方式——笔记本上还没写两个字呢，老师就把球给踢回来了。

冒号也不说话，只是微笑地望着大家。

还是问号打破僵局，开始发问：“老师——”

    冒号扬手打断他：“这里没有老师，唯一的老师是你自己 。本班的一个特色是：师生角色模糊，大家自主学习，相互启发，教学相长。”

问号顿了顿：“老冒——”全班哄堂大笑，“学软件开发，当然得先学语言，计算机语言这么多，到底哪个好，或者说学哪个好？”

冒号笑道：“这个问题很典型，很实在，也很初级。”问号被“初级”这个字眼刺得面上一红，“如果信奉流行的就是好的，那么也许可以给你一个参考答案。”

冒号转身在黑板上写下一串清单 ­——

Java (20.7%) C (15.6%) VB (10.8%) PHP (10.1%) C++ (9.8%) Perl (5.8%)

Python (4.6%) C#( 4.1%) Delphi (2.7%) Ruby (2.7%) JavaScript (2.5%) D (1.1%)

“根据 TIOBE截至 2008年 3月份的统计结果，选出以上流行度超过 1％的 12种程序语言。从中可以看出，它们的总占有率超过 90％，应该算得上是当今主流语言的代表。”

引号很疑惑：“怎么可能那么流行的 ASP和 JSP都不在其中呢？”

“对啊，”逗号附和道：“还有 HTML和 XML怎么不算呢？”

冒号解释道：“ ASP、 JSP和 PHP是动态网页最流行的三种解决方案。动态网页的实现方式很多，但它们采取的几乎是同样的方式——在静态网页中植入一些能在服务器端运行的代码。在 ASP和 JSP中，这些代码并不涉及新的语言，故称之为模板、框架或脚本环境更合适些。 PHP则不同，本身是一种新的程序语言，并且除了应用于服务端外，还能编写命令行脚本和桌面应用程序。至于 HTML和 XML，还有 XHTML、 WML等，均为 SGML（ Standard Generalized Markup Language）的子集，属于标记（ Markup）语言。与通常意义上的程序语言有所不同，它们是处理的对象而不是处理的主体。可以说它们更接近数据格式标准，正如 CSV和 JSON一样。当然也不绝对， XSLT是一种特殊的 XML，但却包含变量定义和处理逻辑，更学术地说，它是图灵完备的（ Turing-complete），应当属于程序语言。”

“就算这些不是程序语言，那也是计算机语言，该学的还是得学。”句号想起问号开始问的是计算机语言，老冒有偷换概念之嫌。

“不错，”冒号点点头，“不仅要学语言，还要熟悉相应的开发环境和开发工具等等，当然最重要的是学习其中的思想。”

“唉，学完这些头发都白了，程序员可是吃青春饭的。”叹号叹息道。

冒号扫视了一下，说道：“现在班上每个人都尊口已开，这是一个很好的开始。开放言论才能解放思想，思想解放了才能产生灵感和激情。缺乏灵感和激情的程序员，学习起来吃力，工作起来辛苦，最后就会感慨这是吃青春饭的职业。”

叹号不好意思地挠了挠头。

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冒号和他的学生们

——程序员提高班纪事

    1. 开班发言

授人以鱼不如授人以渔                                                                 ——古语

冒号开了个程序员提高班，今天迎来了首期学员，他们是问号、句号、逗号、引号和叹号，皆为 IT业的新兵。望着台下洋溢着青春与渴望的脸庞，冒号开始了他的开班发言——

大家好！先自我介绍一下，本人姓冒名号字解之。诸位不必叫我老师，就叫老冒好了。比在座各位痴长几岁，“老”是担得的，“师”却不敢妄言。在下编程多年，自觉小有所成，不敢专藏，特开此班与众共享。虽系一家之言、一孔之见，若能抛砖引玉，又何惧方家之哂？疏谬之处，还望海涵斧正，不致自误误人。

客套已毕，言归正传。本班主要采取讨论的形式，只要是软件开发中值得讨论的，但凡本人力之所及，均可共同探讨。

本班的宗旨是：学会不如会学，会学不如会用，会用不如被用 。对于一个软件开发者来说，这意味着四个阶段：

学会——掌握一些具体编程知识的初级程序员

会学——能快速而深刻地理解技术并举一反三的程序员

会用——能将所学灵活运用到实际编程设计之中的高级程序员

被用——能设计出广为人用的应用程序（ application）、库（ library）、工具包（ toolkit）、框架（ framework）等的系统分析员和架构师

    至于被用的更高层次，如发明出主流的设计模式、算法、语言乃至理论等，则可称得上计算机专家了。本班的目的，正是为各位向更高阶段的提升助一臂之力。

    大家可能都习惯了在小学、中学和大学里的课堂，那里的知识大多是系统而完备且貌似终极的，那里的学习大多是单向而被动的。但习惯并不意味着享受，更多的是因为别无选择。你们曾被引入一座座知识殿堂，被告知它们如何美轮美奂、巧夺天工，尽管很多时候你们或不以为然、或不解其妙，但还是不得不记下每一处被指点的细微结构。很少有人带你们看看当初为建造这些殿堂而打下的地基、搭设的脚手架，哪怕只是上漆前的模样也好，更遑论一瞻数易其稿的设计图纸了。那些与殿堂相比显得有些原始、甚至丑陋的东西，被有意无意地挡在视线之外。可没有那些，你们将来如何为这些宫殿添砖加瓦，又如何另起楼阁呢？

    中国学生恐怕是世界上最擅长考试、最习惯考试、也最厌倦考试的群体了。你们告别了学生生涯，踏上了职业之旅。首先我要恭喜你们，脱离苦海了！同时也要悲告你们，掉进火坑了！危言耸听吗？如果你选择了做程序员，你时时都得学习，没有手把手教你的老师，没有指定的教科书和参考书，有的是层出不穷令人眼花缭乱的新概念、新技术、新问题，好不容易学到一些皮毛，有的已成明日黄花。你时时都得考试，每提交一段代码就是上交一份答卷，你不知道什么时候、什么人会批改，直到——开发组同事发现你的代码难以看懂，系统分析员指出你的程序不符合规范，测试工程师检验到你的软件有 bug，客户抱怨你的产品太慢太难用，最后老板倒是告诉你一个好消息：明天起放长假！

    其实，又有哪行哪业的人不需要学习和考试呢？ IT业只是相对更激烈更富挑战性而已。在这个瞬息万变、适者生存的时代，如果还沿用封闭、被动的学习方式，恐有淘汰之虞。有鉴于此，本班的风格与你们习惯的课堂有所不同：这里的知识不一定是系统或完备的，但一定是生动鲜活的。如果知识是水，我们要挖掘最先涌动的那颗泉眼；如果知识是火，我们要捕捉起初点燃的那颗火花。这里的问题不一定是预设的，结论不一定是终极的，甚至不一定是正确的，但一定是有的放矢、发人深思的。由此决定了这里的学习方式将是开放多元、双向互动的。

    广告完毕，现在把话语权交给你们，大家自由发问吧。

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