编程语言是人与计算机沟通的桥梁,通过编写代码,我们能指挥计算机完成各种复杂任务。但是对许多初学者而言,编程学习可能充满挑战,但掌握科学的方法后,这一过程完全可以变得高效且有趣。
语言的选择
遇到最常见的问题就是,到底该选择哪种编程语言来学习?其实选择什么语言,完全取决于要做的事情(软件开发的场景和需求是什么)。譬如,如果是开发系统软件,往往使用C/C++、Rust等语言;而web开发,前端肯定是JavaScript,后端则是以Java、PHP、Go等语言为主。
如果是平时练习的话,找一门喜欢、方便的语言练习即可,不需要考虑太多。对于语言本身的表达力来说,它们都是等价的。背后理论支持就是可计算性理论,世界上任何问题都可以尝试通过利用图灵机来解决(图灵完备性)。而现代计算机语言的表达力都是图灵完备的,这意味着它们都可以用来实现任何计算。唯一的区别是,不同的语言,语法、语义、风格、库等等都存在差异。
语言的分类
编程语言可从多个维度进行分类,理解这些分类有助于我们更好地把握语言特性。
按照类型语法的划分
- 静态类型语言:语言在编译时静态检查变量的类型(如C、Go)
- 动态类型语言:语言在运行时决定变量的类型(如Python、JavaScript)
按照执行的方式划分
- 编译语言:语言在编译时生成可执行文件(如C、Rust)
- 解释性语言:直接在运行时解释代码(如Python和JavaScript)
- 混合型语言:先编译为中间代码,再由虚拟机解释执行(如Java)
按照类型要求严格程度划分
- 强类型语言:类型要求很严格(如Java和Python)
- 弱类型语言:允许极其灵活的隐式类型转换(如C和JavaScript)
语言的学习
掌握一门编程语言,关键是理解其核心机制。以下要素是学习任何语言的基础框架。
类型系统
类型系统定义了语言中数据的基本形态和操作规则,是编程语言的基础。学习时需重点关注:
- 基本数据类型(如整数、浮点数、布尔值、字符等)
- 复合数据类型(如数组、结构体/类、接口等)
- 类型转换规则和限制
以常见语言为例:C语言提供了int、float、char等基础类型;Java在此基础上扩展了String、Object等复杂类型;Python则提供了更为简便、直接的类型,例如列表和字典。
声明语句
程序中的变量、函数、类等都需要先声明或定义才能使用。不同语言有不同的声明语法:
- C/Java:数据类型 标识符 = 值;
- Rust:let 标识符:数据类型 = 值;
- Python:标识符 = 值 (动态类型决定)
许多静态语言支持自动类型推断,编译器能根据上下文自动确定变量类型,简化代码编写。
运算指令
运算指令就是需要对数据(往往是变量)进行运算,并得到结果。它的也很简单:操作数1 操作符 操作数2。操作符决定了具体的执行的操作,包括加减乘除、位运算、逻辑运算等等。
控制结构
在大部分情况下,程序是顺序执行的,但是某些情况下,程序需要根据条件来执行不同的操作。因此,控制结构决定了程序的执行流程。
控制语句就是1)根据不同的情况来进行不同的操作,或者是2)重复执行某些代码。第一种情况就是通过分支语句来实现,第二种情况就是通过循环语句来实现。
在分支语句if中,格式是 if 条件 { 满足条件执行的代码 } else { 不满足条件执行的代码 }。而循环语句while的格式是 while 循环条件 { 满足条件执行的代码 }。其他的分支和循环语句,例如switch、for等等,跟其等价,也很常见。
函数调用和返回
函数调用和返回是语言的基本操作,函数是一段封装了特定功能的代码,通过调用函数可以执行其中的代码。函数可以有参数和返回值。参数是函数调用时传递给函数的信息,而返回值是函数执行完毕后返回给调用者的结果。函数调用的格式往往是 函数名(参数1, 参数2, …);,而函数返回的格式是 return 返回值;。
面向对象编程
面向对象编程是一种编程范式,它将数据和操作数据的方法封装在一个对象中。每个对象都有自己的状态和行为。
具体而言,对象是数据和函数方法的集合。集合的方式主要有两种:
- 基于结构体struct:数据和函数方法是分离的;例如,C语言不存在面向对象,只有struct的语法,而Rust等语言则支持分离式的面向对象编程
- 基于类class:数据和方法都封装在一起,一般语法的比较简单,但是也有其他的需求,例如继承、多态等。
总结
围绕着这些要点来学习语言,能帮助建立清晰的知识体系,避免陷入细节泥潭。当然,语言的选择、学习、使用,是学习编程语言的第一步。除了语言本身,还有其他内容往往也需要学习,例如库、框架、工具等等。这些内容往往都是语言的补充,帮助我们更方便地开发出功能完善的软件。
编程是一项实践性极强的技能,多写代码、多解决实际问题是提升编程能力的最佳途径。