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抽象编程

抽象编程分为行为抽象与数据抽象。过程化编程以行为抽象为主,将步骤封装为函数;对象化编程以数据抽象为主,构建抽象数据类型。程序的本质就是算法与抽象数据类型的结合,二者相辅相成。

说到抽象编程,很多人第一反应是面向对象,但抽象这件事本身其实可以拆成两个维度:行为抽象与数据抽象。这两者贯穿了从过程化到对象化的整个编程思想演变,理解它们,才算真正摸清了编程方法论的门道。

行为抽象

通俗讲,就是把一串连续的动作“打包”成一个整体行为。比如吃饭这件事,拆开看就是:取碗筷、盛饭、盛菜,然后重复“扒一口饭、夹一筷菜、再扒一口、再夹一筷菜”,最后放下碗筷。这一长串动作,被抽象成一个词——吃饭。编程里也一样,将若干步骤封装成一个函数或过程,这就是行为抽象的核心。

数据抽象

数据抽象则是把事物按性质归类。好比圆、三角形、长方形,虽然形状各异,但都属于“形状”这个类别。在编程中,数据抽象意味着把一组性质接近的数据归纳为一种类型,然后定义该类型能做什么操作。比如整型向量:所有整型值性质相同,它们被组织成线性存储结构(向量),向量本身支持创建、复制、扩建、增删、修改等操作,还能调用排序、查找等算法。所以,整型向量在语言里就是一种具体的数据结构。

那么,什么是数据结构?简单说,就是一系列性质相同的数据,按某种逻辑结构组织起来,并附带一系列自身操作。整型向量就是典型例子——数据集合、线性存储、操作集合,三者合一。

回到抽象编程本身。通过抽象来减少编程工作量、降低编程难度,这就是抽象编程的初衷。但抽象的方向不同,演化出的编程范式也不同:

  • 把问题做功能分解,各个击破——过程化编程,本质是以行为抽象为主的抽象编程。
  • 把问题做实体分析,分层分类地实现抽象数据类型——基于对象编程,本质是以数据抽象为主的抽象编程。这种思路通过复用数据类型,让编程更便捷,也更容易维护和扩展,效果往往比过程化编程更好。

现实情况是,编程语言本身提供的具体数据类型有限,要解决实际问题,大量工作其实是建立数据模式与问题之间的对应关系——也就是构建抽象数据类型的过程。对象化编程正是基于这种分层分类的抽象数据类型来完成具体编程,它能更好地实现数据结构和算法。这也正是N.Wirth那句经典公式的升级版:从“程序 = 算法 + 数据结构”具体化为“程序 = 算法 + 抽象数据类型”。

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