问题

最上层的语言和最底层的语言都无需设计模式?

回答
关于最顶层语言和最底层语言是否都不需要设计模式,这说法其实有点过于绝对,理解这个问题需要深入探究“语言”的含义以及“设计模式”存在的意义。

首先,我们得明确一下,当说到“最顶层语言”时,通常指的是那些离我们人类的自然语言非常接近,抽象层次极高,能够直接表达复杂意图的语言。例如,我们日常使用的英语、汉语,或者像Python、Ruby这样语法简洁、易于阅读和编写的高级编程语言。这些语言的设计目标,就是为了让人们能够更便捷、更直观地表达思想和解决问题。

从这个角度来看,最高抽象层面的“语言”,尤其是自然语言,其“设计”早已存在于人类漫长的社会发展和沟通实践中。 它们并非由某个开发者在某个时间点“设计”出来的,而是经过了无数代人的迭代、演化和约定俗成。它们的“模式”体现在语法结构、词汇含义、语用规则等方面,这些模式本身就是为了提高沟通效率和表达的准确性而自然形成的。

那么,在这种情况下,我们还需要“设计模式”吗?在编程的语境下,当我们谈论Python或Ruby中的设计模式时,我们其实是在谈论如何运用这些语言的特性,以一种更优雅、更健壮、更易于维护的方式来构建软件。这里的“设计模式”是一种解决特定编程问题的通用方案,它帮助我们规避常见的陷阱,提高代码的可读性和复用性。

所以,对于我们能直接理解的高级编程语言,虽然它们本身拥有非常强大的抽象能力,但我们依然会运用设计模式。只不过,这些设计模式的表达方式,会因为语言的特性而有所不同。比如,在面向对象的语言中,我们经常谈论的工厂模式、单例模式、观察者模式等,都是为了组织和管理对象之间的关系而提出的。

然而,如果我们将“最顶层语言”理解为纯粹的“思想表达”本身,不带任何实现载体,那么“设计模式”这个概念就显得不太贴切了。 思想本身是一种流动的、动态的、非结构化的存在,我们用语言将其具象化,而语言本身才是模式的载体。

现在,我们再来看看“最底层语言”。通常,这指的是机器能够直接理解或执行的语言,最典型的就是机器码(二进制代码)。机器码是由一系列的0和1组成的指令,直接控制着计算机的硬件操作,比如读取内存、进行算术运算、写入数据等。

对于机器码本身来说,它不存在“设计模式”这个概念。机器码就是硬件指令的集合,它的“模式”由CPU的架构决定,是固定的、低级的。开发者并不需要去“设计”机器码的模式,因为他们是在更高级的语言层面进行设计,然后通过编译器或解释器将其翻译成机器码。

但是,如果我们将“底层语言”的范畴稍作扩展,将其理解为那些非常接近硬件,但又不是纯粹的机器码的语言,比如汇编语言,那么情况就变得微妙起来。 汇编语言使用助记符来表示机器指令,相比机器码,它已经有了一定的抽象,但也依然是高度依赖硬件的。

在汇编层面,我们同样不会像在高级语言中那样去讨论“工厂模式”或“观察者模式”。因为这些模式往往依赖于高级语言提供的对象、类、继承、多态等抽象机制。在汇编层面,我们更多的是关注如何有效地利用寄存器、内存地址、跳转指令等来完成特定的计算或逻辑。

然而,我们也不能说汇编语言完全不需要“模式”。在编写汇编代码时,我们也会遵循一些约定俗成的技巧和方法,来组织代码、管理数据、实现特定的功能。比如,如何高效地使用栈来保存和恢复寄存器,如何设计跳转表来简化条件判断,如何实现子程序的调用和返回等。这些可以说是汇编层面的“模式”或“惯例”,它们能帮助我们写出更清晰、更高效的汇编代码。

更进一步说,许多我们今天称之为“设计模式”的理念,其本质是在解决重复出现的问题时,找到一种可复用的、有效的解决方案。这些理念的根源,很多可以追溯到更低层级的计算机科学原理。例如,模块化(Modularization)这个概念,在高级语言中表现为函数、类、组件,但在汇编层面,它可能就体现为将一段常用的代码封装成一个子程序,通过跳转和返回来调用。

所以,总结来说:

最顶层的语言(尤其是高级编程语言)确实需要设计模式。 我们使用设计模式是为了在这些高抽象层面上,构建出更健壮、可维护、可扩展的软件系统。这些模式是人类智慧在解决复杂软件工程问题时提炼出来的通用解决方案,它们帮助我们更好地利用语言的表达能力。

最底层的语言(如机器码)则不使用我们通常意义上理解的“设计模式”。 机器码直接是硬件指令,它不具备高级语言的抽象特性,因此也无法套用那些基于面向对象等概念的设计模式。

但要注意的是,这种“无需设计模式”的说法,如果延伸到汇编语言或者更广泛的“底层编程实践”,就会显得不那么准确。 在任何层面,只要存在重复性的问题和解决问题的最佳实践,我们都能找到类似“模式”的东西。只是这些“模式”的形态、复杂度和表达方式,会随着语言抽象层级的不同而发生巨大的变化。在底层,它们更像是关于效率、资源利用和硬件特性的技巧和约定。

因此,与其说“无需设计模式”,不如说在极低抽象层面,设计模式的概念变得非常基础化、操作化,并且不再以我们熟悉的高级语言模式的形式出现。 而最高层的语言,正是因为其高度的抽象能力,才更需要我们用设计模式来驾驭和组织,以发挥其最大的价值。

网友意见

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你没搞清楚什么是“设计模式”,你口中的设计模式是GoF23这种,全称叫做“面向对象设计模式”,当然不是让你直接用在C这种过程式或是Haskell这种函数式编程语言里的,它们自然有自己的一套设计模式,比如

Functional Programming Design Patterns

,这和上层底层无关,和编程范式有关。

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