编程的根本大法:牢牢抓住程序的灵魂

2024-01-09 09:52:27

程序的灵魂与身躯

系统学习过编程的同学可能都听说过这样一句话:程序=算法+数据结构。

想象一下,如果将程序比作一个机器人。那么,算法就像是机器人的“大脑”,它告诉机器人要做什么、怎么去做,而数据结构则是机器人的“身体结构”,使用某种形式组织起来的各种部件信息。没有了“大脑”,机器人就不知道如何行动;没有了“身体结构”,机器人就没有地方存放它需要的部件信息,就没有实际行动的能力。只有两者完美结合,机器人才能灵活地执行任务。

“大脑”和“身体结构”,换种更艺术感的说法就是:“灵魂”和“身躯”,这是一种形象的比喻。

不过“灵魂”这个词过于玄妙,算法在实际的程序开发中也不是简单的数学运算,为了更好的理解算法,我们可以把它再分为逻辑和控制。

逻辑 - 解决问题的“智慧之光”

1.1 逻辑的定义与重要性

逻辑是用来解决实际问题的。

我们在接需求写代码的时候,经常谈到业务逻辑这个词,这里的逻辑说的就是要干一件什么样的事,以及做这件事的路径或者流程是什么样的。没有逻辑,就没有办法编写出有意义的程序。

在现实程序开发中,逻辑的来源一般是业务需求方、需求分析师或者产品经理。

逻辑是程序的核心,它就像一盏智慧之光,照亮了解决问题的道路。逻辑决定了程序能否正确无误地完成任务,如果偏离了逻辑,代码写的再漂亮、程序的结构再优雅、性能如何之好,也都完全没有用。

同时逻辑也是代码复杂度的下限,简单的逻辑,代码写起来就简单,比如打招呼,直接输出Hello World就行了;复杂的逻辑,代码写起来也复杂,比如一个电商系统,其中又包含了商户、商品、订单、支付、物流等很多子系统,每个子系统中又包含多种分支流程。

1.2 逻辑如何解决问题?

逻辑解决问题的方式就像是做魔术一样,既需要精准的术语来定义数据结构,又要有巧妙的手法来进行逻辑过程的抽象。

举个例子,如果要让一群小朋友按照身高排队,逻辑就是我们需要定义什么是“身高”,然后用一个可以比较身高的方法,让每个小朋友站到合适的位置。

控制 - 解决问题的“效率大师”

2.1 控制的定义与作用

控制就是我们解决问题的策略,它是程序的指挥棒,告诉程序以什么样的方式去执行逻辑。

控制代表着解决问题的效率,它就像是一个经验丰富的导游,不仅知道目的地在哪里,还知道如何选择最短的路线。

2.2 控制解决问题的策略

控制的策略有很多种,就像是我们去超市购物可以有不同的路线选择一样。

程序流转的方式,比如自上向下或自下向上,就像是我们决定是先去买蔬菜还是先去买洗发水。

执行过程的策略,比如并行或串行,就像是我们决定是一个人踩缝纫机还是叫上几个朋友一起踩,以节省时间。

此外,还有调度不同的执行路径或模块,以及数据之间的存储关系,这些都是控制策略的一部分。

逻辑与控制的“反转游戏”

3.1 控制反转(IoC)的概念

控制反转(IoC)是一种设计原则,它使得程序的逻辑依赖于控制,而不是控制依赖于逻辑。

在传统的程序设计中,我们直接在代码中控制流程和依赖关系,而在IoC中,这些控制被外部容器或框架接管。IoC的一个实现方式是依赖注入(DI),它允许系统的不同部分在运行时彼此连接,而不是在编译时硬编码。

这样做的好处是,逻辑可以专注于解决问题,而不用担心如何被执行。这就像是一个厨师只需要专注于做菜,而不用担心菜是如何送到客人手上的。

3.2 控制反转的实践意义

在程序设计中,控制反转可以让代码更加灵活和可扩展。

它让开发者可以更加专注于业务逻辑的实现,同时让系统的组成部分更容易被替换和重用。这就像是给程序穿上了一件“万能外套”,无论外面的环境如何变化,只要核心逻辑不变,程序都能轻松应对。

比如在消息发送系统中,无论是通过电子邮件还是短信发送消息,核心逻辑保持不变,我们只需要替换消息发送的具体实现即可。

让我们以Spring Boot框架为例,详细了解控制反转的一个常见实现——依赖注入(DI)。

首先,定义一个MessageService接口:

public interface MessageService {
    void sendMessage(String message, String receiver);
}

然后,创建EmailService实现类,并使用@Service注解来告诉Spring Boot自动创建和管理这个类的实例(Bean):

@Service
public class EmailService implements MessageService {
    public void sendMessage(String message, String receiver) {
        System.out.println("Email sent to " + receiver + " with Message=" + message);
    }
}

在MessageClient类中,我们使用@Autowired注解来告诉Spring Boot自动注入MessageService的实例:

@Component
public class MessageClient {
    private MessageService messageService;

    @Autowired
    public MessageClient(MessageService messageService) {
        this.messageService = messageService;
    }

    public void processMessage(String message, String receiver){
        this.messageService.sendMessage(message, receiver);
    }
}

最后,在主程序中,我们可以直接获取MessageClient的Bean,而不需要手动创建:

@SpringBootApplication
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(Main.class, args);
        MessageClient emailClient = context.getBean(MessageClient.class);
        emailClient.processMessage("Hello", "test@example.com");
    }
}

在这个例子中,Spring Boot的自动扫描和自动装配机制充当了控制的角色。如果我们要切换到短信发送服务,我们只需添加一个新的实现类SmsService,并将其注解为@Service,Spring Boot会自动处理依赖注入,无需修改MessageClient代码。

@Service
public class SmsService implements MessageService {
    public void sendMessage(String message, String receiver) {
        System.out.println("Sms sent to " + receiver + " with Message=" + message);
    }
}

当然这里还有一个小问题:因为MessageService有两个实现类了,应该用哪个呢?这个解决办法很多,简单点的可以把EmailService的注解@Service去掉,Spring Boot就不会自动创建其实例了。

分离 - 代码维护的“好帮手”

上边我们将程序分为算法和数据结构,又将算法分为逻辑和控制,这就引出了一个至关重要的概念:分离。分离就像在一场精心编排的交响乐中,各种乐器有各自的部分,但都为了整体的和谐而服务。同样,在程序设计中,分离是指将程序的不同部分隔离开来,每个部分都有自己的责任和功能,但它们共同构成了一个统一的整体。

4.1 分离的必要性

在软件开发中,分离是一种关键的设计原则,它帮助我们将关注点分离,从而使得代码更易于理解、测试和维护,是保持代码健康的重要手段。就像是在家里,我们把衣服和餐具分开放置一样,可以让我们的生活更加有序。

例如,我们不希望用户界面(UI)代码直接处理数据库操作,这样会使得UI代码过于复杂,难以修改和测试。通过分离,我们可以将业务逻辑、数据访问和用户界面分离成独立的模块,每个模块只关注自己的职责。这种方法不仅提高了代码的可维护性,也增强了代码的可重用性。

4.2 分离技术的种类

分离技术有很多种,每一种都有其独特的魅力。

  • 状态机是一种管理程序状态转换的方法,它将复杂的条件分支逻辑转化为一系列的状态和转换规则,这样我们就可以更清晰地理解和预测程序的行为。比如在一个在线购物平台中,订单的各个状态(已创建、已支付、发货中、已完成、已取消)和它们之间的转换规则可以通过状态机来管理。
  • 领域专用语言(DSL)是针对特定问题域设计的高级编程语言,它提供了一套特殊的语法和工具,使得开发者可以更加直观和高效地解决领域内的问题。例如,SQL是一个针对数据库操作的DSL,它让开发者能够使用简洁的语法进行复杂的数据查询和操作。
  • 编程范式,如面向对象编程(OOP)或函数式编程(FP),提供了不同的代码组织和设计思路。OOP通过对象和类的概念来模拟现实世界,强调数据和行为的封装;而FP则强调无副作用的函数和数据的不可变性,可以帮助我们编写更安全、更易于并行化的代码。

程序既是一门艺术,也是一门科学。它需要逻辑的精确性和控制的高效性。正如一个优雅的舞者需要精确的步伐和流畅的动作一样,一个优秀的程序需要精心设计的算法和恰当选择的数据结构。

通过理解程序的本质,我们不仅能够创造出功能强大的程序,还能让这些程序变得易于维护和扩展。

文章来源:https://blog.csdn.net/bossma/article/details/135470708
本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。